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PBJ | 山东农业大学曾范昌教授团队:揭示作物离体高效胚性分化的表观调控分子基础
发布时间:2020-01-16

  2020年1月10日,山东农业大学作物生物学国家重点实验室/农学院教授、博士生导师曾范昌课题组,在国际生物技术著名期刊《Plant Biotechnology Journal》(植物科学一区Top期刊,最新即时IF>8)在线发表了题为“Somatic embryogenesis critical initiation stage-specific mCHH hypomethylation reveals epigenetic basis underlying embryogenic redifferentiation in cotton”的最新研究进展。该研究成果为作物高效细胞工程与无性育种提供最新理论依据,同时具有重要应用价值。


  体细胞胚胎发生(Somatic embryogenesis,SE)是体细胞向胚胎发生途径转变的发育再建(Developmental reprogramming)过程,是植物发育过程的独特现象。该过程可在离体条件下人为控制,是最完全的细胞全能性表达的方式和经典示例。作物离体胚性分化与植株再生的调控机理被认为是最重要科学之谜之一。目前,作物离体细胞胚性分化的表观调控规律与分子基础尚不明晰。

  
  同时这一生物过程又是作物细胞与基因工程、无性繁殖与人工种子的重要环节和基础,是现代无性生物育种发展的最直接制约因素和技术瓶颈。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,胚性分化顽拗型作物种质普通存在,诱导体细胞分化与植株再生的工作仍是经验式的,存在相当大的盲目性,还无法从根本上有目的地、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细胞与基因工程在现代无性育种上的应用。


  山东农业大学作物生物学国家重点实验室曾范昌教授团队,基于棉花体细胞不同胚性分化能力的代表种质,比较分析了种内和种间在离体细胞脱分化及胚性再分化过程中的基因组DNA甲基化的表观调控模式与区域位点。解析了不同代表种质离体细胞分化发育各个重要转变时期的DNA甲基化修饰特征和调控规律,不同类型的DNA甲基化(CG, CHG与CHH)在不同种质胚性分化过程中存在着显著不同的甲基化修饰特异性(基因型特异性、发育时期特异性), 揭示出高效离体胚性分化的特异甲基化位点类型与调控模式。进一步,挖掘出胚性分化起始相关的甲基化基因及其参与的重要生物过程和代谢通路。同时, 鉴定了不同胚性分化能力种质受甲基化修饰的特异表达基因及其负调控互作模式。

本研究成果将为体外更高效诱导细胞胚性分化、调控植株再生并拓展生物技术无性育种提供重要表观调控的理论依据与功能基因资源,对揭示细胞全能性与植株再生机理,促进棉花等作物现代细胞工程与无性生物育种发展,具有重要的科学意义和应用价值。



曾范昌教授为本研究成果论文的通讯作者,郭慧慧博士为论文的第一作者。郭慧慧博士近两年共发表八篇国际SCI论文,一作论文累计影响因子超过38分,包括两篇IF>8分的植物科学一区Top期刊。郭博士同时荣获2019年山东省优秀博士论文、2019年国家博士后科学基金面上项目择优资助。本研究得到了国家重点研究开发计划、国家自然科学基金、教育部霍英东基金、泰山学者人才工程等项目的资助。


曾范昌,教授、博士生导师,入选山东省泰山学者人才工程,国家教育部霍英东基金获得者。先后在华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、美国加州大学和美国伊利诺大学从事作物细胞工程与生物技术领域等研究。现任山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室课题组PI,棉花等经济作物生物育种技术团队负责人。


原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13336