科学家发现苔癣中BELL1基因基因触发无性繁殖

科学家发现苔癣中BELL1基因基因触发无性繁殖

作者：Nelly A. Horst等 来源：《Nature Plants》 发布时间：2016/2/2

当精子与卵子结合时，一个新生命就诞生了。这是在人类和动物中的情况，但原则上植物也是这样。由来自于弗里堡的生物学家Ralf Reski教授和来自于特拉维夫的Nir Ohad教授所率领的一个德国和以色列的研究小组，发现了青苔小立碗藓中一种基因激活后可不经过受精就产生后代。研究人员认为，这一机制在进化中是保守的，并且是回答一些生物学基本问题的关键。这项研究发表在《自然植物学》（Nature Plants）杂志上。

“像人类和动物一样，苔藓也有卵细胞和活动的精子，这就是为什么它们特别适合来回答一些生物学的基本问题”，Reski说。当精子和卵细胞融合后，一个基因网络就被激活，这导致胚胎发育直至生长为一个新的生命体。到现在为止，尚不清楚的是这个基因的激活是否存在着一个中央基因开关。在他们的最新研究中，研究团队指出BELL1基因是小立碗藓胚胎形成和发育中的一个主调节器。研究人员通过基因工程手段在植物中激活该基因后，胚胎就以一个特定的细胞类型开发自发发育。这些胚胎能成长为全功能的青苔孢子体。这些孢子体甚至可以形成能成长为新的苔藓植物的芽孢。因此，团队确定BELL1是苔藓胚胎发育中的一个主要调节因子。

由该基因编码的蛋白质属于一个名为同源盒转录因子的家族。相似的同源异型基因也存在于人类和动物中，并控制胚轴的发育过程。BELL1基因的同系物是否是人类胚胎发育中的主要调节因子尚不清楚。“我们研究结果的重要性远在苔藓之外”，Reski说。“一方面，它们可以解释藻类如何发展为陆生植物，从而形成我们目前的生态系统。另一方面，它们可能有助于恢复在植物，动物和人类的发育中的遗传主控者的概念。”Ohad解释说，“此外，我们的研究结果可能有助于建立通过从高产作物中产生基因完全相同后代的现代化农业。而种子植物的后代也可由单性生殖或者无融合生殖形成。”（来源：生物360）

A single homeobox gene triggers phase transition, embryogenesis and asexual reproduction

Abstract Plants characteristically alternate between haploid gametophytic and diploid sporophytic stages. Meiosis and fertilization respectively initiate these two different ontogenies1. Genes triggering ectopic embryo development on vegetative sporophytic tissues are well described2,3; however, a genetic control of embryo development from gametophytic tissues remains elusive. Here, in the moss Physcomitrella patens we show that ectopic overexpression of the homeobox gene BELL1 induces embryo formation and subsequently reproductive diploid sporophytes from specific gametophytic cells without fertilization. In line with this, BELL1 loss-of-function mutants have a wild-type phenotype, except that their egg cells are bigger and unable to form embryos. Our results identify BELL1 as a master regulator for the gametophyte-to-sporophyte transition in P. patens and provide mechanistic insights into the evolution of embryos that can generate multicellular diploid sporophytes. This developmental innovation facilitated the colonization of land by plants about 500 million years ago4 and thus shaped our current ecosystems.

原文链接：http://www.nature.com/articles/nplants2015209

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