含有NUCLEUS LOCALIZED基因的AT-HOOK结构域能够促进鹅掌楸杂交种的体细胞胚胎发生及多倍体形成

《Plant Cell Reports》：The AT-HOOK MOTIF CONTAINING NUCLEAR LOCALIZED gene promotes somatic embryogenesis and polyploidy formation in Liriodendron hybrids

　　

摘要

核心要点

本研究发现LhAH15定位于细胞核内，是一种参与体细胞胚胎发生的转录因子。它通过调控生长素和细胞分裂素信号通路中的关键基因表达，提升了北美鹅掌楸杂交种的体细胞胚胎发生效率以及胚性愈伤组织的诱导效率。此外，过度表达LhAH15还能促使多倍体形成。

摘要

通过L. chinense与L. tulipifera杂交培育出的人工北美鹅掌楸杂交种，具有更强的抗逆性及更好的生长表现。体细胞胚胎发生是一种发育过程，其中体细胞会去分化形成胚性细胞，这些细胞在可控条件下进一步发育成完整植株。在本研究中，研究人员成功克隆了保守的转录因子基因LhAHL15，并构建了过表达载体与CRISPR/Cas9载体，用以研究其在体细胞胚胎发生中的作用。亚细胞定位分析显示，LhAHL15蛋白位于细胞核内，这表明它可能作为转录调控因子参与植物生长发育的调控。对LhAHL15启动子的时空表达谱分析显示，其转录在体细胞胚胎发生的早期阶段就开始启动，并在球形、心形、 torpedo形以及子叶状胚胎的形成过程中持续活跃。这些结果凸显了LhAHL15作为体细胞胚胎发生中关键转录调控因子的重要性。值得注意的是，在北美鹅掌楸杂交种中过度表达LhAHL15，会显著提升与体细胞胚胎发生相关的关键基因的表达水平，包括BBM、LEC1、PIN1、PLT2、ARR7和ARF12。这种表达上调大幅提高了体细胞胚胎发生的效率以及胚性愈伤组织的诱导效率。流式细胞术分析显示，AHL15-OE品系的染色体数目约为对照组的两倍，说明其处于多倍体状态。这些发现表明，过度表达LhAHL15可能促使植物染色体加倍。总之，本研究揭示了LhAHL15在促进体细胞胚胎发生以及诱导多倍体形成过程中的关键作用。这一研究成果有效解决了传统多倍体育种方法的技术局限，为北美鹅掌楸杂交种的改良与利用奠定了坚实的理论基础并提供了技术支持。