山东大学向凤宁教授团队发现DNA甲基化调控植株再生的新机制
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植物细胞具有全能性, 已分化的植物细胞可通过脱分化（dedifferentiation）和再分化（redifferentiation）过程再生组织、器官或植株。早在一个世纪前植物组织培养体系已建立，被广泛应用于中药材、花卉、林草及作物的快速繁殖及基因工程育种。但迄今为止，植物细胞“全能性”机理仍不清楚。前期研究表明，表观遗传修饰（DNA甲基化、组蛋白修饰、小RNA、转座子及染色质重塑等）影响植株再生。DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰形式，它通过不改变DNA的一级结构而调控组织特异性基因表达和维持基因组的稳定性。 现有的研究多集中在 植株再生过程中总基因组DNA甲基化水平的改变 ，然而，对于单基因甲基化如何调控基因表达进而影响植株再生的研究还鲜有报道。
JIPB近日在线发表了山东大学 向凤宁教授团队题为“ Cytosine methylation of the FWA promoter promotes direct in vitro shoot regeneration in Arabidopsis thaliana ”（https://doi.org/10.1111/jipb.13156）的研究论文。 该研究揭示了FWA 启动子甲基化调控植株再生的新机制。
图1 FWA 启动子甲基化调控植株再生的机制
向凤宁教授团队利用拟南芥胚性愈伤组织及非胚性愈伤组织基因表达谱，筛选出大量的可能参与植株再生且表达差异显著的候选基因，其中218个候选基因可能受DNA甲基化调控。利用BSP技术，发掘出5个受DNA甲基化调控的目标基因（FLOWERING WAGENINGEN（FWA）、ACETYL-COA CARBOXYLASE 1（ACC1）、TERMINAL FLOWER 1 （TFL1）、MORE AXILLARY BRANCHING 3 （MAX3）和GLYCINE-RICH PROTEIN 3（GRP3）），分析了它们的DNA甲基化水平、模式及其表达变化，发现了上述基因受不同的甲基转移酶（MET1、CMT及DRM1/2）调控，探讨了上述基因DNA甲基化与植株再生能力的关系。进一步分析上述基因突变体的植株再生能力，发现拟南芥FWA（编码一个同源结构域转录因子）启动子去甲基化引起其表达上调，从而降低了植株再生能力，揭示了FWA通过直接抑制干细胞关键基因WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 9（WOX9）、间接抑制WUSCHEL（WUS）及生长素输出蛋白基因PIN-FORMED 1（PIN1）表达来降低植株再生能力的分子机制。综上，该研究展示了FWA启动子甲基化在调控植株再生中的作用，揭示了FWA甲基化影响其表达进而调控干细胞关键基因WOX9表达的新分子途径，并初步阐明了DNA甲基化调控植株再生的潜在机制。
向凤宁教授团队长期从事植株再生的遗传和表观遗传调控机制研究，利用拟南芥离体培养体系，鉴定出多个参与植株再生的重要功能基因及miRNAs，解析了它们调控植株再生的分子通路，在该领域取得了一系列的研究成果（Plant Cell. 2020；Plant J. 2016a；b；Plant J. 2012；J Integr Plant Biol.2017；Plant Cell Physiol.2017；Plant Sci. 2018；Plant Sci. 2020）。 以上研究成果不仅为解析植物学领域重大科学问题“植物细胞全能性机理”提供了重要线索，而且为推动植物离体快繁、基因工程及农作物基因编辑技术（CRISPR-Cas9）的应用提供了理论指导。该论文以山东大学为第一和通讯作者单位，研究团队的博士后 代学焕、研究生 王静和已毕业博士生 宋玉光为共同第一作者， 向凤宁教授为通讯作者。该研究受到国家重大科学研究计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金及山东省重大基础研究等项目资助。
JIPB面向全球，刊发整合植物生物学研究的重要创新成果，包括宏观和微观领域有创新性的重要研究论文、综述、突破性报道、新资源、新技术和评论性文章等。2020年2年SCI_IF: 7.061，位于植物学TOP 5%，SCI的Q1区。Scopus数据库中CiteScore: 9.1，位于TOP 3.4%。JIPB位于中国科学院期刊分区生物学大类1区和植物学小类1区，中国科协《植物科学领域高质量期刊分级目录》T1级，并入选中国科技期刊卓越行动计划。
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