Nature Plants | 武汉大学赵鹏课题组揭示母体微环境调控胚胎模式建成的新机制|卵细胞|微环境|武汉大学|母体|生长素|精细胞|赵鹏(足球运动员)

被子植物的新一代生命由双受精过程启动：一个精细胞与卵细胞受精形成胚胎，另一个精细胞与中央细胞受精形成胚乳。胚胎和胚乳被母体珠被组织发育形成的种皮紧密包裹，从而形成种子。然而，受精后由珠被组织构建的母体微环境如何精准协同调控子代发育，一直是植物有性生殖领域亟待解决的关键科学问题。此前，关于植物胚胎发生的研究大多集中于胚胎自身的调控，忽视了母体微环境的影响。近年来，越来越多的证据表明，母体微环境对子代发育也具有重要作用，但其具体功能及作用机制仍知之甚少。

近日，武汉大学赵鹏教授课题组在Nature Plants上发表了题为Maternal epigenetic regulation of embryonic patterning in plants的研究论文，首次揭示了母体珠被组织在受精后发生了表观遗传重编程。该重编程过程对母体组织中生长素转运基因的适时激活至关重要，进而使生长素在受精后积累于胚胎附着的母体组织处，实现生长素从母体组织向胚胎的转运，精准调控植物胚胎的模式建成，维持种子的育性。

研究发现，受精后种子中珠被组织内的H3K27me3修饰发生了显著的动态变化。当H3K27me3去甲基化酶（REF6、ELF6和JMJ13）缺失时，受精后珠被组织中H3K27me3的重编程过程受到阻碍，导致珠孔端珠被组织中的生长素水平显著降低，进而引发胚胎分裂模式紊乱和种子败育。在ref6 elf6 jmj13三重突变体的母本珠被组织中特异表达H3K27me3去甲基化酶REF6后，胚胎分裂模式得以恢复正常；而在ref6 elf6 jmj13突变体的卵细胞、胚胎或胚乳中特异表达REF6，则无法恢复胚胎分裂模式的异常。这明确表明，受精后母体珠被组织中H3K27me3的重编程对胚胎模式建成至关重要。

进一步研究发现，生长素转运蛋白编码基因AUX1和LAX1是H3K27me3去甲基化酶REF6的靶基因。H3K27me3去甲基化酶的缺失会导致AUX1和LAX1启动子区域H3K27me3异常沉积，进而使珠被组织中AUX1和LAX1的表达水平显著降低。AUX1和LAX1的突变同样导致受精后珠孔端的珠被组织无法正常积累生长素，胚胎分裂模式紊乱，明确了母体组织中H3K27me3去甲基化酶调控胚胎模式建成的作用途径。

综上，该研究创新性地阐明了“受精触发母体组织表观遗传重塑——激活母体生长素转运——调控胚胎模式建成”的完整级联调控机制。首次明确了母体组织通过表观遗传调控子代发育的作用途径，厘清了植物母体微环境与胚胎发育之间的协同调控关系，填补了植物母源表观遗传调控领域的研究空白。