前沿 | 普渡大学、南京农业大学等单位联合揭示蕨类配子体分生组织发育的细胞机制

2022年7月，普渡大学、南京农业大学等单位的研究成果“Cell growth dynamics in two types of apical meristems in fern gametophytes”作为封面论文发表在《The Plant Journal》。

陆地植物的世代交替发生在孢子体和配子体阶段之间。种子植物孢子体发育出自我维持的多细胞分生组织，这些分生组织决定了其组织结构。而种子植物配子体缺乏分生组织不能独立存活。相比之下，包括蕨类植物在内的无种子维管植物配子体和孢子体相互独立存活，均通过形成分生组织维持其生长和增殖。与种子植物孢子体中分生组织报道相比，研究者对蕨类配子体中分生组织发育的细胞机制了解甚少。

作者通过自己建立的无创延时共聚焦成像和二维成像分析系统定量确定了蕨类Woodsia obtusa配子体中两种不同类型的顶端分生组织的细胞生长动态——顶端初始中心分生组织和多细胞顶端分生组织。同时明确了维持或终止顶端初始细胞分裂和生长的独特模式以及顶端初始中心分生组织如何转变为多细胞顶端分生组织，并推动蕨类植物顶端分生组织的增殖。定量结果表明小细胞与蕨类配子体中活跃的细胞分裂相关。蕨类配子体多细胞顶端分生组织的外层细胞经历垂周分裂和平周分裂，进而增加细胞数量和细胞层数。

此外，在2021年10月，作者通过类似的定量活体成像方法捕捉蕨类Pteris vittata(蜈蚣凤尾蕨)配子体生长动态，并与模式植物Ceratopteris richardii进行了比较。结果显示顶端初始中心分生组织和多细胞侧分生组织维持的时间决定了Pteris vittata配子体形态多样性，这与Ceratopteris richardii配子体的经典心形形状不同。该成果“Timing of meristem initiation and maintenance determines the morphology of fern gametophytes”以封面论文发表在《Journal of Experimental Botany》。

所有这些发现为无种子维管植物配子体中分生组织的功能和调控提供了见解，表明了陆地植物分生组织细胞增殖的保守和多样化机制，并为未来更广泛地研究不同分生组织和配子体形态的细胞机制提供了一个新的定量平台。

南京农业大学和普渡大学联合培养博士研究生吴潇为论文的第一作者，普渡大学Yun Zhou教授和南京农业大学张绍铃教授为论文的共同通讯作者。加州理工大学An Yan博士、普渡大学Jo Ann Banks教授、Scott A M McAdam教授、Xi Yang博士研究生参与了部分研究。

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