比较转录组学揭示陆地植物器官发生和繁殖的保守程序学术资讯

植物器官的出现导致了陆生植物的繁衍，从而塑造了现在生物圈。但是器官和配子的进化是伴随着旧基因的丢失，新基因的获取和新的调控的出现。这是个十分复杂而又值得探讨的生物学问题。而近日来新加坡南洋理工大学生物科学学院等多家单位在国际著名植物学杂志Nature plants上发表了名为“Comparative transcriptomic analysis reveals conserved programmes underpinning organogenesis and reproduction in land plants”，想通过此文来解决上述生物学问题。

作者首先选取了十个具有系统发生代表性的物种：苔藓植物小立碗藓和地钱、蕨类植物江南卷柏、裸子植物银杏和欧洲云杉、被子植物无油樟、单子叶植物水稻和玉米、双子叶植物拟南芥和番茄。然后在这10种陆地植物中捕获了 10类不同的器官：花、雌蕊、雄蕊、种子、孢子、叶、茎、顶端分生组织、根分生组织和根。随后用他们构建了基因表达图谱并构建共表达网络。

随后作者鉴定器官特异性基因和分析不同物种中的器官特异性的保守性基因，发现雄蕊和根中拥有最多的器官特异性基因。作者进一步结合蛋白组数据来分析器官特异的直系同源群的系统发生，结果发现较古老的直系同源群具有较低的器官特异性，而越年轻的直系同源群显示出越来越高的器官特异性表达，这表明新获得的基因通常被招募来在植物器官、组织或细胞类型中执行特定的功能，而不是整合到基本的生物途径中。作者为了进一步研究随着器官的进化，新功能是如何获得或丧失的，作者分析了物种树每个节点中器官特异性和普遍存在的基因的富集/损失。他们观察到出现在相应器官之前很久的直系同源群的显着富集，这表明器官的建立在很大程度上依赖于现有遗传物质的共同选择。但在花（出现在被子植物中）、茎（出现在维管植物中）和根（出现在维管植物/种子植物中）却显示出相似的基因富集和损失模式。由于这些器官出现是在植物进化的不同阶段，这表明建立新器官的共同选择遵循类似的基因得失模式。最后作者分析发现：不同物种的成熟花粉的表达形成了明显的簇，因此雄配子发育在物种间是保守的。同时成熟的花粉簇富含与信号传导（包括蛋白激酶的蛋白质修饰）和细胞壁重塑相关的过程，这可能代表了介导花粉萌发、花粉管生长和精子细胞传递的过程。相反，雄配子发育的早期阶段显示出较少定义的簇和功能未知的基因富集，这表明发生在花粉发育早期阶段的过程尚未揭示。此外，雌性配子显示出较差的聚类，这表明转录程序的整体保守性较低，并且大多数簇的功能未知。同时作者还鉴定到了雄蕊特异性转录因子和激酶，它们可能参与花粉发育和功能的各个阶段。

来源：植物科学最前沿

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