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多細(xì)胞表皮毛的發(fā)育軌跡確立為表皮細(xì)胞發(fā)育研究提供參考

發(fā)布日期： 2022-02-23 15:51:24 來源：中國科學(xué)報(bào)

近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院任華中、劉興旺團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology(《植物生理學(xué)》)發(fā)表研究論文。該研究首次確立了多細(xì)胞表皮毛的發(fā)育時(shí)空軌跡，綜合時(shí)序性轉(zhuǎn)錄組及基因功能分析手段初步建立了其發(fā)育模式，為表皮細(xì)胞發(fā)育研究提供了重要的參考。

表皮毛是一種廣泛存在于陸生植物地上部表皮的一種特化結(jié)構(gòu)。果刺作為黃瓜果實(shí)處的特有表皮毛是影響其果實(shí)商品品質(zhì)的重要性狀之一，同時(shí)也是黃瓜表皮毛功能有別于其他植物的重要特征。有關(guān)多細(xì)胞表皮毛研究的難點(diǎn)之一在于表皮毛的分化與形態(tài)建成伴隨著不同器官的發(fā)育而不斷進(jìn)行，導(dǎo)致無法在單一器官上觀察所有表皮毛次第發(fā)育進(jìn)程，因此多細(xì)胞表皮毛的形態(tài)發(fā)育過程尚未被明確。

該研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜子葉上的表皮毛具有較為同步的發(fā)育軌跡，且根據(jù)其形態(tài)變化過程可劃分為起始、第一次分裂、尖狀頭部形成(非腺體表皮毛)/腺體頭部轉(zhuǎn)化(腺體表皮毛)、伸長(非腺體表皮毛)/腺體頭部形成(腺體表皮毛)和多細(xì)胞基座形成(非腺體表皮毛)/活躍的代謝過程(腺體表皮毛)5個階段。

研究進(jìn)一步對上述5個發(fā)育階段進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)錄組分析，并結(jié)合完全無毛突變體(csgl3)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)了711個可能參與黃瓜多細(xì)胞表皮毛發(fā)育的調(diào)控基因。進(jìn)一步分析驗(yàn)證表明不僅黃瓜中已報(bào)道的調(diào)控表皮毛發(fā)育基因出現(xiàn)在了所對應(yīng)發(fā)育階段的候選差異基因里，且其他物種中已報(bào)道的部分參與表皮毛發(fā)育相關(guān)基因的同源基因也出現(xiàn)在了與之對應(yīng)階段的差異基因中。通過對711個基因的表達(dá)模式進(jìn)行分析，初步篩選出在表皮毛不同發(fā)育階段可能參與調(diào)控的基因，并通過TRSV介導(dǎo)的瞬時(shí)基因沉默技術(shù)驗(yàn)證了其中分別對非腺體表皮毛和腺體表皮毛的發(fā)育進(jìn)程進(jìn)行調(diào)控的兩個基因(CsHOX3, CsbHLH1)的功能。

該研究構(gòu)建了以黃瓜子葉為模型的多細(xì)胞表皮毛發(fā)育模式，并初步探討及驗(yàn)證了各個發(fā)育階段的潛在機(jī)理，為開展相關(guān)基因挖掘和功能驗(yàn)證提供了重要支撐。(作者：王方)