「Mol Plant」神奇！用水浸没可提高外植体愈伤组织的诱导效

植物细胞具有多能性，可通过细胞重编程以去分化，成为新的干细胞（stem cell）。当植物组织受损时，受损部位的邻近体细胞在特定条件下可诱导愈伤组织的形成并再生新器官。在实验室条件下，不能进行直接转化的植物，常通过体细胞在富含生长素的愈伤组织诱导培养基（CIM）诱导成为愈伤组织后，再进行相关的基因转化。有意思的是，即使整个外植体都与CIM培养基接触，体细胞的去分化只能在伤口部位附近发生；离伤口部位越远，体细胞重编程就越不活跃；上述现象表明植物中存在一种抑制性调节机制，直接抑制了外植体远端区域中体细胞的去分化。然而，这种抑制性调节机制现在仍不清楚。

植物激素生长素IAA及其信号通路，在诱导外植体的愈伤组织形成过程中发挥着关键性的作用。此外，有研究表明乙烯ET也可在多种植物中调控愈伤组织的形成；但是，乙烯信号调节外植体细胞去分化的分子机制，在很大程度上仍然未知。

2022年11月4日，Molecular Plant 在线发表了韩国生命工学研究院（KRIBB）Hyo-Jun Lee团队及其合作者题为“Submergence promotes auxin-induced callus formation through ethylene-mediated post-transcriptional control of auxin receptors”的研究论文。该研究发现，1个小时的蒸馏水浸没（submergence）可诱导外植体中乙烯信号的产生，并通过阻断生长素受体基因的转录后沉默来促进非受伤区域中愈伤组织的形成。该研究揭示了外植体远端区域中体细胞去分化的抑制性调节机制，并为提高外植体愈伤组织的诱导效率提供了一种新方法。

https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.11.001

该研究发现，用蒸馏水浸没预处理拟南芥的叶外植体1小时，可在整个外植体中诱导愈伤组织的形成。基因表达分析显示，浸没预处理可促进IAA信号相关基因如WOX11、LBD16、LBD29、PLT5和PLT7等在外植体远端区域中表达。通过对油菜（Brassica rapa）作浸没预处理，研究人员发现与拟南芥相同，浸没也可促进油菜外植体远端区域的愈伤组织形成。进一步研究表明，浸没诱导的IAA信号和愈伤组织形成主要发生在木质部的中柱鞘细胞（pericycle cell），表明愈伤组织的形成起源于木质部中柱鞘细胞（Figure 1）。

Figure 1淹没预处理可促进木质部中柱鞘细胞的愈伤组织形成

NPA是IAA转运的抑制剂；该研究发现，NPA对浸没预处理诱导的IAA信号没有影响，表明IAA信号不是通过转运方式介导的。但IAA受体突变体tir1，可显著降低浸没预处理诱导愈伤组织形成的能力；表明TIR1受体介导的IAA信号传导在浸没诱导的非受伤部位的细胞去分化中起着重要作用。进一步利用转录组分析，该研究发现浸没可在非受伤部位细胞中诱导ET的生物合成。CTR1是ET信号的负调控因子，ctr1突变体可持续激活ET信号；与预期一致，研究人员发现即使没有浸没预处理，ctr1也可直接诱导外植体中非受伤部位的愈伤组织形成；表明ET促进了外植体中非受伤部位的细胞去分化（Figure 2）。此外，突变体分析显示，浸没诱导的IAA信号激活依赖于非受伤区域细胞中EIN2的表达。

Figure 2 ET信号可促进愈伤组织的形成

那么，ET是如何在浸没预处理的外植体中调控IAA信号的呢？在IAA通路中，TIR1和AFB2的转录水平受到miRNA393的转录后调控。该研究发现，生长素受体TIR1和AFB2的转录本可被EIN2进行转录后调控；EIN2通过调节SDN1等miRNA降解相关基因的表达，促进浸没后外植体非受伤区域中miR393的降解，从而维持TIR1和AFB2的转录本水平，促进IAA信号（Figure 3）。

Figure 3 ET通过miR393调控IAA信号

综上所述，该研究发现浸没预处理可诱导植物非伤口区域的体细胞去分化，促进愈伤组织的形成和芽再生，揭示了外植体非伤口区域中体细胞去分化的抑制性调节机制：

Figure 4 浸没淹没预处理促进愈伤组织形成的分子机制

浸没处理可通过诱导ET的生物合成促进ET信号；转移至CIM培养基后，非伤口区域体细胞中的ET信号可通过EIN2调控SDN1等miRNA降解因子，促进miR393的转录后降解；miR393水平的降低直接提高了细胞中TIR1和AFB2的转录本水平，促进IAA信号；与伤口部位类似，非伤口区域体细胞中IAA信号的增强促进了它们的愈伤组织形成（Figure 4）。此外，浸没也可促进油菜的愈伤组织形成，并可能适用于其他植物；这可能为提高外植体愈伤组织的诱导效率提供了一种新方法。

参考文献：

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