文献阅读-拟南芥胚珠数目和育性的调控机制

本次阅读的是2019年发表在《PLoS Genet》上的《A genome-wide association study reveals a novel regulator of ovule number and fertility in Arabidopsis thaliana》一文。本文通讯作者是美国印第安纳州西拉斐特普渡大学植物与植物病理学系Sharon A. Kessler教授。

拟南芥的胚珠发育起源于两个心皮瓣，心皮边缘分生组织可以分化形成胚珠原基，胚珠原基会形成胚珠，此外同源的原基会形成珠心，合点和珠柄，珠心/合点两侧细胞环状凸起，会进一步分化形成内外珠被。

为了鉴定参与胚珠数目调控的因子，他们要来189个拟南芥的不同的种质资源，22℃培养，取主茎上的第6-10个角果进行计数。胚珠数目在39–82之间，实验室常用的Col-1，胚珠数目大约在63个左右。通过GWAS分析，他们确定了两个3号染色体上的峰与胚珠数目相关，一共存在35个candidates，通过Col-0背景下突变体的鉴定，他们发现了两个基因可能与胚珠数目相关。

GWAS分析

随后他们挑选了 NERD1 （At3g51050） 进行进一步研究，突变体胚珠数目相比野生型下降约1/3，并且利用NERD1全长的序列能够回补 nerd1 突变体的表型。有趣的是，在nerd1 突变体中会出现100%不育现象。这个是雌雄双方的相互作用引起的。用野生型的花粉授粉给 nerd1 ，发现越有40%的胚珠没有受精，进一步研究发现，大约38%的胚珠是没有发育完成，这种缺陷从FG2的发育的时候即可看出。此外，也能发现花粉发育的缺陷，小孢子四分体进行染色发现，中间仅有的小孢子四分体中的三个核存在异常，亚历山大染色也解释花粉的活力是存在缺陷的。同样的正反交的结果显示，雌雄双方的传递率均是存在问题的。

nerd1 mutants have reduced ovule number and fertility  

Transmission efficiency of the nerd1-2 allele determined by reciprocal crosses with Col-0

对 NERD1 构建系统发育树，发现NERD1这个基因在整个物种均保守存在，并且预测为一个跨膜蛋白，在烟草内的瞬时表达发现NERD1与高尔基体的marker共定位以及和膜部分共定位。

NERD1 co-localizes with a Golgi marker in N. benthamiana epidermal cells  

随后他们构建了NERD1pro::gNERD1-GUS 观察表达pattern，发现与前面的观察结果类似在雌雄双方均有表达。

NERD1 expression in plant development 

通过一个胚珠数目较少的种质资源Altai和Col-0中回补35S:NERD1，发现在Col-0中对胚珠数目无影响，但是Altai中胚珠数目明显上升。

Overexpression of NERD1 affects plant architecture and fertility  

通过GWAS分析，一般常出现SNP有四个，三个同义，一个非同义，经过统计发现一般C-A这种突变，一般A的胚珠少，一般C的胚珠多。但是这样也不是绝对的，作者查看了不同形式的NERD1的转录没有发现区别，而利用不同种质资源的NERD1回补Col-0突变体，发现也均能回补，暗示着突变体后的NERD1也均是有功能的，具体机制还需要探索。

. Sequence variation in the NERD1 locus correlates with ovule number

综上所述，本文通过GWAS分析鉴定到一个胚珠数目调控因子NERD1,并且对NERD1的功能表型进行了详细的分析。但是NERD1的机制到底是如何实现的，和其他调控胚珠发育的因子如激素等等之间的关系是什么还不清楚。作者认为可能是在高尔基处参与对果胶以及多糖的修饰，是否可以对这些物质进行染色。此外在进行回补时，我觉得用一个胚珠发育特异的启动子回补会更好，否则带来了分支增多，生物量增加的其他表型。此外 nerd1 雄性不育的原因如果深入探索会更好，今年上海交通大学的梁婉琪研究员发现NERD1可以影响初生外壁组分从而影响花粉的活力。