利用拟南芥组织特异性转录组数据鉴定雌蕊发育新调控因子

本研究通过分析拟南芥雌蕊组织特异性转录组数据，聚焦SPATULA(SPT)突变体与野生型的差异表达基因，筛选出CLE19、TBL36等6个影响生殖发育的关键基因。研究人员采用T-DNA插入突变体结合表型分析、花粉管染色等技术，揭示了这些基因在胚珠发育、花粉管生长及隔膜形成中的新功能，为理解植物雌蕊发育调控网络提供了重要线索。

　　

在植物生殖生物学领域，雌蕊作为被子植物重要的雌性生殖器官，其发育过程直接关系到物种繁衍和农作物产量。然而，尽管已有SPATULA(SPT)等关键转录因子被鉴定，调控雌蕊内部组织如隔膜(SEP)和传输组织形成的分子机制仍存在大量未知。这些知识缺口限制了人们对植物繁殖效率的深入理解和精准调控。

墨西哥国立理工学院高级研究中心(Cinvestav)基因组学研究所的研究团队创新性地利用激光显微切割结合RNA测序技术，获得了拟南芥野生型和spt-12突变体雌蕊不同组织的精细转录图谱。通过差异表达分析和功能验证，首次系统鉴定了CLE19、TBL36、ATHB5、CYCP4;1、AT3G06035和AT1G15760等6个影响雌蕊发育的新基因，相关成果发表在植物学权威期刊《Planta》上。

研究人员主要采用了四种关键技术：1)激光显微切割结合RNA-seq获取组织特异性转录组数据；2)T-DNA插入突变体构建与表型分析；3)彼得森染色评估花粉活力与苯胺蓝染色追踪花粉管生长；4)组织切片与阿尔新蓝染色观察雌蕊内部结构。所有实验均设置生物学重复和技术重复确保可靠性。

【基因筛选与表达模式】

通过比较野生型与spt-12突变体隔膜组织的转录组数据，筛选出189个显著下调基因。基因本体分析显示这些基因富集于细胞分化、激素响应等过程。重点关注的6个候选基因在隔膜组织中表达均受SPT正调控，其中CLE19、TBL36和AT1G15760在早期发育阶段就呈现表达差异。

【突变体表型特征】

所有6个基因的突变体均表现出育性下降，具体表现为：1)胚珠败育率高达33.6-52.4%；2)果荚长度显著缩短；3)种子数量减少。特别值得注意的是，at1g15760突变体种子数最少，而tbl36-1和athb5突变体的胚珠数量明显低于野生型。

【生殖发育缺陷机制】

花粉活力检测发现除cycp4;1外，其他突变体均存在不同程度的花粉败育。花粉管生长实验显示所有突变体的花粉管仅能在雌蕊顶端或中部生长， Reciprocal crosses证实这些基因既影响雄性配子体功能，也影响雌蕊的引导能力。组织切片分析进一步揭示tbl36-1突变体传输组织分化缺陷，cycp4;1突变体隔膜和replum细胞数量异常增多。

【分子功能关联】

这些基因分属不同功能类别：CLE19编码CLAVATA3/ESR家族肽激素；TBL36参与细胞壁O-乙酰化；CYCP4;1是新型P型细胞周期蛋白；AT3G06035为GPI锚定蛋白。这种功能多样性表明雌蕊发育受到多层面调控网络的精细控制。

该研究首次系统揭示了SPT下游调控网络中的新成员，特别是非转录因子类基因在雌蕊发育中的重要作用。发现细胞壁修饰蛋白(TBL36)、肽激素信号(CLE19)和细胞周期调控因子(CYCP4;1)等共同协调隔膜形成和花粉管引导，为理解植物生殖障碍提供了新的分子标记。这些发现不仅完善了植物生殖发育的理论框架，也为农作物分子设计育种提供了潜在靶点。后续研究可通过构建双突变体进一步解析这些基因与SPT的遗传互作关系。