【中國科學報】植物“冬季低溫記憶”代際傳遞母系遺傳機制查明

中科院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心何躍輝研究組的一項研究揭示了長期低溫(寒冬)誘導的“春化”狀態(或“冬季低溫記憶”)通過卵細胞傳遞給合子和早期胚胎的母系遺傳機制。相關研究論文近日發表于《自然—植物》。

有些植物可以記住過去的環境經歷,以適應特定的生境。植物的“環境經歷記憶”能否以及如何傳遞或遺傳給下一代仍不清楚。許多生長在高緯度地區的越冬植物,必須經歷一段時間的持續低溫(寒冬)才能獲得在春季開花的潛力(即春化作用)。何躍輝課題組近年來對擬南芥“冬季低溫記憶”的形成、維持及重置(擦除)的分子表觀遺傳機制進行了系統研究,揭示了“冬季低溫記憶”形成的分子調控元件及重置機制。“冬季低溫記憶” 雖然在當代穩定,但在種子(下一代)發育過程中被重置,最終每一代都要經歷寒冬后在春季開花。之前的研究認為在有絲分裂過程中“冬季低溫記憶”從母細胞傳遞給了子細胞(即在當代穩定),但不能通過減數分裂傳遞(即該記憶或表觀遺傳標記在配子中已丟失)。“春化”狀態能否通過配子遺傳下一代(如早期胚胎/種子)仍未知。

在這項最新研究中,研究人員通過遺傳、分子和細胞生物學等方法發現在擬南芥配子形成過程中卵細胞攜帶“冬季低溫記憶”(即長期低溫誘導形成的FLC染色質沉默狀態),但該記憶在精細胞中已丟失。進一步的分析表明親本的“春化”狀態通過卵細胞遺傳給早期胚胎,即母系遺傳。該發現改寫了“春化”狀態傳遞的經典概念,即“春化”狀態可通過減數分裂傳遞給配子(雌配子),并揭示了染色質介導的植物環境記憶通過雌配子遺傳給下一代(早期胚胎)的代際傳遞機制。同時,這項研究發現父本FLC染色質的沉默標記雖然已丟失,但其表達在胚胎發育早期仍被抑制,在胚胎發育的后期父本FLC才被完全激活。

專家表示,“環境經歷記憶”母系遺傳機制的解析對認識植物如何適應環境具有重要科學意義。

相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41477-020-00774-0

文章鏈接:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/9/446345.shtm

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