科学家揭示作物离体细胞胚性分化调控机制

近日，山东农业大学作物生物学国家重点实验室教授曾范昌科研团队成功揭示了作物离体高效胚性分化的表观调控分子基础。相关成果发表于国际期刊《植物生物技术》。

体细胞胚胎发生是体细胞向胚胎发生途径转变的发育再建过程，是植物发育过程的独特现象。该过程可在离体条件下人为控制，是最完全的细胞全能性表达的方式和经典示例。而作物离体胚性分化与植株再生的调控机理被认为是非常重要的科学谜题之一。一直以来，作物离体细胞胚性分化的表观调控规律与分子基础尚不明晰。

曾范昌指出，体细胞胚胎发生这一生物过程又是作物细胞与基因工程、无性繁殖与人工种子的重要环节和基础，是现代无性生物育种发展的最直接制约因素和技术瓶颈。在众多作物的组织培养、细胞与基因工程等生物技术应用过程中，胚性分化顽拗型作物种质普通存在，诱导体细胞分化与植株再生的工作仍是经验式的，存在相当大的盲目性，还无法从根本上有目的地、高效精准地调节和控制体细胞胚性分化与植株再生过程，这在很大程度上限制了细胞与基因工程在现代无性育种上的应用。

科研人员基于棉花体细胞不同胚性分化能力的代表种质，比较分析了种内和种间在离体细胞脱分化及胚性再分化过程中的基因组DNA甲基化的表观调控模式与区域位点。结果发现，不同类型的DNA甲基化在不同种质胚性分化过程中存在着显著不同的甲基化修饰特异性， 揭示出高效离体胚性分化的特异甲基化位点类型与调控模式。

进一步研究挖掘出了胚性分化起始相关的甲基化基因，及其参与的重要生物过程和代谢通路，同时鉴定了不同胚性分化能力种质受甲基化修饰的特异表达基因及其负调控互作模式。

研究成果为体外更高效诱导细胞胚性分化、调控植株再生并拓展生物技术无性育种提供重要表观调控的理论依据与功能基因资源，对揭示细胞全能性与植株再生机理，促进棉花等作物现代细胞工程与无性生物育种发展，具有重要的科学意义和应用价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13336

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