c。当愈伤组织或外植体暴露于细胞分裂素的正确组合,有时是低的生长素浓度时,射击诱导开始形成。芽可能像植物或愈伤组织上的小芽一样出现。在此阶段,植物细胞开始分化为芽分生组织,这些分生组织成长为功能性芽。d。射击伸长一旦形成不定的芽,就需要将其拉长并发展成可行的植物。这通常涉及将新形成的芽转移到低细胞分裂素和高营养含量的培养基中。e。芽伸长后生根,将植物体转移到可能含有生长素的生根培养基中,以鼓励根部形成。在将植物性转移到土壤或适应外部条件之前,必须建立根。
植物基因编辑可对植物进行有针对性的改造,在作物的基因功能分析和精准育种方面显示出巨大的潜力[1]。要生产基因编辑植物,需要将基因编辑试剂[2](例如 CRISPR/Cas9 成分)递送到植物细胞中。这涉及一个漫长、昂贵且劳动密集型的组织培养步骤,而且目前仅在有限数量的植物物种中可行,这成为植物基因编辑的主要瓶颈。在最近一期的《自然生物技术》上,由 Daniel F. Voytas 领导的明尼苏达大学研究小组描述了一种生产基因编辑植物的新方法,同时避免了组织培养的需要(图 1)[3]。该方法利用了分生组织的从头诱导。分化的植物细胞通常不能分裂或产生不同类型的细胞。然而,之前的研究表明,通过异位表达特定的发育调节因子,可以诱导已经分化的细胞形成分生组织。分生组织是包含未分化干细胞(分生细胞)的植物组织,这些干细胞能够进行细胞分裂,并能产生各种组织和器官。例如,在拟南芥中,WUSCHEL ( WUS ) 基因在胚胎发生中起着关键作用,过表达 WUS 可以促进营养生长向胚胎生长的转变 [ 4 ] 。SHOOT MERISTEMLESS ( STM ) 和 WUS 的联合异位表达可激活拟南芥中的一组分生组织功能,包括细胞分裂和器官发生 [ 5 ] 。 ipt 基因位于土壤细菌农杆菌的 Ti 质粒上,该基因编码异戊烯基转移酶,这种酶在植物中诱导细胞分裂素的生物合成,从而刺激器官发生[6]。在单子叶植物中,婴儿潮基因(Bbm)和 WUS 基因的过度表达可促进体细胞形成胚胎,从而提高转化效率[7]。Voytas 研究小组假设分生组织可以在发育调节因子的帮助下诱导。为了验证这一想法,使用多种启动子以不同的组合在本氏烟植物中表达了玉米 WUS2、拟南芥 STM、农杆菌 ipt 和其他发育调节因子。农杆菌用于传递转基因,并以荧光素酶作为报告基因。形成了分生组织状结构,这些结构长成具有荧光素酶表达的转基因植物,并且发现该特性是可遗传的。然后,使用相同的方法,将针对两个测试基因的单个向导 RNA (sgRNA) 与成功组合的发育调节剂一起引入组成性表达 Cas9 的转基因本氏烟叶中。在产生的芽中,可以验证目标基因的编辑,并且发现突变会传递给下一代。随后出现了一个问题,即在土壤中生长的植物上是否也能诱导分生组织。这种方法确实在许多双子叶植物中被证明是成功的,除了本氏烟草,在马铃薯和葡萄中也是如此。此外,还产生了基因编辑的本氏烟草植物,并且发现一些编辑过的植物不含有用于编辑的转基因。从头分生组织诱导方法被称为 Fast-TrACC(快速处理的农杆菌共培养),与传统的组织培养程序相比具有明显的优势(图 1)。首先,它大大缩短了生产基因编辑植物所需的时间,从几个月缩短到几周。其次,Fast-TrACC 不需要无菌条件,并且适用于在土壤中生长的植物。组织培养方法要求使用无菌工作台和无菌培养基,因此无组织培养方法需要的资源更少,并且适用于较小的群体。第三,当 Cas9 与 sgRNA 一起递送时,在某些情况下会产生基因编辑植物
摘要 KNOX 和 BELL 转录因子调控植物二倍体发育的不同步骤。在绿藻莱茵衣藻中,KNOX 和 BELL 蛋白由相反交配类型的配子遗传,并在合子中异二聚化以激活二倍体发育。相反,在小立碗藓和拟南芥等陆生植物中,KNOX 和 BELL 蛋白在二倍体发育后期的孢子体和孢子形成、分生组织维持和器官发生中发挥作用。然而,目前尚不清楚 KNOX 和 BELL 的对比功能是否是在藻类和陆生植物中独立获得的。本文表明,在基础陆生植物物种多形地钱中,配子表达的 KNOX 和 BELL 是启动合子发育所必需的,它通过促进核融合来启动,其方式与莱茵衣藻中的方式惊人地相似。我们的结果表明,合子激活是 KNOX/BELL 转录因子的祖先作用,随着陆生植物的进化,其转向分生组织维持。
转录因子(TFS)对于调节基因表达和细胞命运测定至关重要。表征TF基因在时空和时间上的转录活性是了解复杂生物系统的关键步骤。苔藓植物的营养植物分子分生组织具有一些特征,可以与流动植物的芽根尖分生组织具有。然而,与配子植物组织相关的TF的身份和表达方法在很大程度上尚不清楚。只有约450个假定的TF基因,马尔丁塔蒂亚(马丁坦蒂亚多形)是植物系统生物学的出色模型系统。我们已经产生了来自Marchantia TF基因的启动子元素的近乎完整的集合。我们在集合中为所有TF启动子进行了经验测试的记者融合,并系统地分析了Marchantia Gemmae中的表达模式。这使我们能够在早期营养发展中构建表达域的图,并确定一组在干细胞区域中活跃的TF衍生启动子。细胞标记提供了其他工具,并深入了解了配子分生组织的动态调节及其进化。此外,我们为集合中的所有启动子提供了在线表达模式的在线数据库。我们期望这些启动子元素将有助于细胞类型特异性,合成生物学应用和功能基因组学。
摘要:栽培富有的草莓的花卉过渡是一个热门话题,因为这些基因型永远存在,并且很难以非浮基状态保持。但是,很少使用形态发生和分子分析对其进行研究。因此,我们检查了涉及源自口服的基因的形态发生效应和基因的激活,并在富有雌雄的F1杂交幼苗中进行了启动。在10 h SD和20 h LD条件下的12、19和26℃下生长幼苗。我们观察到对分生组织发育的强烈影响和开花基因座T1(FAFT1) - Constans1(FASOC1)途径过表达的抑制剂,类似于富有林地草莓中的途径。富有的品种显示出定量LD植物的典型特征,在所有温度下,在LD下比SD条件更早地流动。我们还发现,在LD条件下FAFT1上调促进了口服诱导,而顶端的FASOC1上调导致光周期独立的lip loperal启动。此外,我们确定了草莓分生组织身份基因faful也可以用作EB品种中植物启动的早期指标。这项研究还强调了种子传播的F1杂交体在遗传研究中的优势,即它们在遗传上是相同的,并且不受先前的浮雕病史的偏见。
pols = RNA聚合酶; SHH1 = Sawadee同源域同源物1; RDRS = RNA定向的RNA聚合酶; clsy1 =经典1; dcl3 = dicer样3; Hen1 = Hua增强剂1; Ago4 = Argonaute 4; ktf1 =含KOW域的转录因子1; RDM1 = RNA指导的DNA甲基化1; drm2 =域重新排列的甲基转移酶2; DRD1 = RNA导向中有缺陷; DNA甲基化1; dms3 =分生组织沉默3; MORC6 = Microdorchidia 6; idn2 =参与从头2; HDA6 =组蛋白脱乙酰基酶6; JMJ14 = Jumonji 14; ubp26 =泛素特异性蛋白酶26
众所周知,植物激素的生长素和细胞分裂素是植物生长和发育的关键调节剂,它们是在芽和根,幼叶,种子,种子和水果的顶端分生组织中合成的[1-4]。它们对种子发芽,芽的形成和生长以及植物阶段的植物的不定和侧根表现出刺激的影响[1-4]。植物生物学家的大量关注致力于筛选合成起源的生长素和细胞分裂素的新有效类似物,以改善农业的生长并提高农作物的生产率。近年来,已经创建了新的生长素和细胞分裂素的新合成类似物,例如NAA(1-萘乙酸),2,4-D(2,4-二氯苯氧基酸),3,4-D(3,4-二氯苯甲乙酸),2,4,4,4,5-T
质体,特异性细胞器分化为几种类型,包括在细胞分化和响应各种胁迫的过程中,包括光合作用的表现性叶绿体和淀粉蓄积的淀粉样品。这些特定类型的质体与名为Proplastids的原始类型的质体不同,这些质体通常在分生组织中在种子细胞或干细胞中发展(图1)。获得高塑料的质体将是植物在世界各地蓬勃发展和多样化的关键事件。然而,质体可塑性的进化史和分子机制在很大程度上尚不清楚。在这项研究中,我们旨在了解使塑料能够进行广泛分化的中心机制,并揭示植物如何调节开发过程中的机制和响应不断变化的环境。
有两个主要例子,即体细胞或配子体,每种都可以采用两种不同的发育途径:胚胎发生或De-Novo器官发生途径(Soriano等,2013; Long等,2022)。主要差异取决于可以增殖的细胞类型以及导致完全再生植物的发育途径。原始细胞可以是配子或体细胞。同时,发育途径可以涉及产生胚胎,也可以涉及不同器官中分生组织中心的分化(Lardon&Geelen,2020)。在体细胞再生的情况下,细胞起源于二倍体植物组织。再生植物通常具有与供体植物相同的遗传特征和倍增水平,尽管此过程也可以促进由于somaclonal变异而产生具有新特征的植物(Wang&Wang,2012;Galán-ávila等人,2020年)。
葡萄树和其他多年生木本植物一样,一直被认为是一种难以生产转基因植物的作物。由于生产转基因和/或编辑植物需要能够从转化组织再生植物,因此这一步骤通常是该过程中最大的瓶颈。本研究的目的是回顾葡萄树转化和再生改进的最新技术和策略,重点关注三个方面:(i)与葡萄树转化相关的问题;(ii)促进葡萄树再生的基因;(iii)基因传递载体。关于第一个方面,有充分的证据表明,获得转基因植物成功率低的主要因素之一是再生过程。转基因整合到受体细胞后,需要进行组织培养以从转化细胞再生转基因幼苗。这个过程很耗时,通常需要在培养基中添加对环境有害的试剂(抗生素和除草剂)来选择转基因植物。另一方面,可以使用诸如所谓的发育调节剂 (DR) 之类的基因的表达来诱导特定的发育程序,从而避免使用传统的组织培养方法。在体细胞中异位表达特定组合的 DR 有可能在包括葡萄在内的多种作物中诱导从头分生组织。据报道,通过在体组织中对植物分生组织进行从头重编程,可以成功进行基因组编辑。此外,研究表明,某些转录因子的表达可以提高小麦、柑橘和水稻的再生效率。最后,最近的报告显示,使用纳米粒子(例如碳点 (CD))作为农杆菌和基因枪介导的植物遗传转化的有吸引力的替代品。通过这种方式,可以避免在培养基中使用抗生素,从而克服植物组织活力的丧失并加速再生过程。研究表明,CD 可作为载体将质粒运送到植物细胞中,在多种作物中实现瞬时转化,而不会对光合作用或生长产生负面影响。基于这些进展,有可能将这些新的可用策略和技术结合起来,以克服葡萄树等物种和其他被认为难以生长的作物的再生问题。