生殖系细胞的形成和分化是有性生殖的首要前提。与动物不同，植物在胚胎阶段并没有形成生殖细胞，而是在成年植株的花器官中由体细胞特化发育形成生殖细胞。模式植物拟南芥的雌性生殖细胞系的形成一般是从胚珠原基顶端的一个亚表皮细胞分化开始的，该细胞通过伸长膨大形成孢原细胞（Archesporial cell，AC），并进一步特化形成大孢子母细胞（Megaspore mother cell，MMC）。由于大孢子母细胞是开花植物分化出的第一个雌性生殖系细胞，大孢子母细胞发育正常与否，直接决定植株能否受精并繁衍后代。近日，《New Phytologist》杂志在线发表英国威廉希尔公司蔡汉阳/秦源教授团队题为“Epigenetic regulation of female germline development through ERECTA signaling pathway”的研究论文。该研究揭示了染色质重塑、组蛋白修饰等表观遗传因子与ERECTA类受体激酶信号通路协同调控大孢子母细胞发育的分子机理。

课题组前期发现，远端珠心表皮L1层细胞富集表达的受体激酶ERECTA家族（ERf）也在大孢子母细胞特化中发挥重要功能（Hou et al. 2021, Communications Biology）；EPFL-ERECTA信号协同油菜素内酯信号通路调控大孢子母细胞特化的分子机制（Cai et al. 2023, The Plant Cell）。本研究结果揭示了两个表观遗传调控因子（染色质重塑复合物SWR1和介导H3K4me3修饰的主要甲基转移酶SDG2）参与ERECTA类受体激酶信号通路，调控大孢子母细胞发育。遗传分析表明，SWR1、SDG2与ERECTA受体激酶信号通路相互作用，并通过将MMC细胞命运限制在胚珠原基中的单个细胞来调节雌性生殖系发育，并确保只有单个MMC细胞进入减数分裂。此外，还发现SWR1-SDG2-ERECTA信号模块通过促进BZR1转录因子家族与miRNA前体加工基因HYL1、DCL1和SE启动子的结合，并影响这些基因的表达，从而调控大孢子母细胞发育。本研究阐明了染色质重塑、组蛋白修饰等表观遗传因子与ERECTA类受体激酶信号通路协同调控大孢子母细胞发育的分子机理，为揭示植物雌性生殖细胞命运决定的机制提供重要线索。

图1. SWR1-SDG2-ER信号模块调控大孢子母细胞发育的工作模型

williamhill官网2021级博士研究生黄幼梅，已毕业硕士生刘丽萍，农学院2020级博士研究生柴梦楠为该论文的共同第一作者。williamhill官网/未来技术学院蔡汉阳教授和秦源教授为该论文的通讯作者，美国亚利桑那大学Ravishankar Palanivelu教授也参与该项工作。该研究成果得到国家自然科学基金，福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才计划、福建省杰出青年基金等科研项目的资助。

文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.19217