农学院曾范昌教授课题组揭示细胞器介导的Ca2+/CAM1-SELTP调控体细胞胚性分化再生的细胞路径与分子机制

近日，农学院曾范昌教授课题组在New Phytologist在线发表了题为“Organelle Ca2+/CAM1-SELTPconfers somatic cell embryogenic competence acquisition and transformation in plant regeneration”的研究论文报道了最新进展，该研究成果揭示了作物离体胚性分化与再生过程中，质体组装蛋白SELTP及其互作因子CAM1协同调控胚性能力胞内起始和胞间传递诱导的分子机制，为作物无性生殖调控与高效细胞工程提供重要理论依据与技术支撑，在作物生物工程育种、无性快繁与人工种子、植物工厂等研究方面具有科学意义和应用价值。

体细胞胚性分化与植株再生是体细胞向胚胎发生途径转变的发育再建过程，是植物无性生殖的体外途径和表现形式，是植物发育过程的独特现象。离体胚性分化与无性生殖调控机理被认为是非常重要的科学谜题之一。同时这一生物过程又是作物细胞与基因工程、无性快繁、优异种质遗传固定与变异筛选、人工种子的重要环节和基础，是生物技术育种发展的制约因素和突出短板。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，还无法从根本上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作物细胞与基因工程在未来生物育种上的应用。所以，在这一复杂而协调的过程中，离体细胞不同胚性分化命运和发育方向的精准调控模式亟待解析，其中离体组织内的细胞群是如何启动分化和交流互动知之甚少，值得深入研究探索。

研究者以生物工程育种经典作物棉花为研究材料，系统解析了离体细胞胚性分化过程的两个细胞事件：体细胞分化为胚性原细胞（细胞内事件）、胚性细胞与周围非胚性细胞沟通交流（细胞间事件）。该研究证明了SELTP及其互作因子CAM1具有一致的质体-胞间连丝动态亚细胞定位模式和相反的功能效应，CAM1通过抑制SELTP从而触发体细胞胚性能力的获得。进一步揭示了细胞器（质体-胞间连丝）介导的Ca2+/CAM1-SELTP调控机制，质体相关的SELTP和CAM1协同作用，调控体细胞命运转变与胚性起始，并随后通过胞间连丝招募并向周围非胚性细胞传递交流，诱导组织向胚性分化再生方向转变。本研究为理解体细胞胚性能力获得和植物再生的细胞调控路径与分子机制提供了新的见解，为植物细胞工程提供了细胞器调控层面上的理论新依据，同时对促进作物生物工程与无性育种/繁育技术发展具有重要科学意义和应用价值。

图1. 细胞器（质体与胞间连丝）介导的Ca2+/CAM1-SELTP

调控胚性胞内启动与胞间传递诱导模型图

郭慧慧、郭海霞、张莉为论文的并列第一作者，曾范昌教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、山东省现代农业产业技术体系、中国科协的资助。

编      辑：万    千 

审      核：贾    波