蘭科植物（俗稱蘭花）是最大、最多樣化的科之一，是生物學研究熱點類群之一，是全球園藝貿(mào)易中最著名的植物類群之一。大多數(shù)植物在胚胎發(fā)育過程中形成頂端分生組織和根分生組織，發(fā)育成熟的種子含有胚芽、胚軸、胚根和儲能器官胚乳（雙子葉植物為子葉），萌發(fā)后發(fā)育成完整的植株。但是，蘭科植物進化出獨特的種子發(fā)育過程和專門的萌發(fā)程序。它們的種子不含胚乳，只有一個發(fā)育不良的胚胎，胚胎沒有分化的組織，沒有胚芽、胚軸和胚根。蘭科植物種子在萌發(fā)過程中形成綠色的球狀體，稱為原球莖（protocorm），這是蘭科植物特有的現(xiàn)象。蘭科植物外植體在組織培養(yǎng)條件下形成類似原球莖的特殊結(jié)構，稱為類原球莖（protocorm-like body，PLB），兩者具有相似的轉(zhuǎn)錄特征。類原球莖再生是蘭科植物重要的再生途徑，是目前最具優(yōu)勢的大規(guī)模種苗生產(chǎn)的方式之一，在蘭科植物植株高效再生、遺傳轉(zhuǎn)化、次生代謝物生產(chǎn)、細胞工程等研究領域均具有廣泛和重要的應用前景。然而，蘭科植物建立這種重要的、獨特的、無與倫比的發(fā)育過程，其分子機制是什么？目前知之甚少。
中國科學院華南植物園藥用植物遺傳育種團隊發(fā)現(xiàn)石斛乙烯響應因子（ethylene response factor, ERF）DoERF5能夠識別和結(jié)合I類KNOX轉(zhuǎn)錄因子 DoSTM 啟動子的GCC-box元件，并激活 DoSTM 的表達，從而調(diào)控石斛類原球莖再生。在石斛中過表達 DoERF5 極大地增強了類原球莖再生能力，上調(diào)了 DoWINDs 和 DoSTM ，以及細胞分裂素合成基因 DoIPT 和細胞分裂素應答因子 DoARRs 的表達。然而，沉默 DoERF5 后則抑制類原球莖的再生，下調(diào) DoWINDs 、 DoSTM 和 DoARRs 的表達。進一步的研究證明DoERF5直接與 DoSTM 的啟動子結(jié)合并調(diào)控其轉(zhuǎn)錄。遺傳學分析表明 DoSTM 在石斛中過表達促進了類原球莖的再生。這一研究不僅有助于了解類原球莖發(fā)育的分子機制，而且為蘭科植物資源的保護、開發(fā)和利用提供技術支撐。
以上結(jié)果以“ ERF5 enhances protocorm-like body regeneration via enhancement of STM expression in Dendrobium orchid”為題發(fā)表在國際學術期刊Journal of Integrative Plant Biology（IF = 11.4）上。中國科學院大學2021級博士生曾丹琦為該論文的第一作者，碩士生導師何春梅副研究員為通訊作者，段俊研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和廣東省重點領域研發(fā)計劃項目的資助。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13534
圖. DoERF5- DoSTM 正調(diào)控石斛類原球莖再生的機制
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