摘要：这篇发表于The Plant Cell的研究论文《Rational design of induced regeneration via somatic embryogenesis in the absence of exogenous phytohormon
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这篇发表于 The Plant Cell的研究论文《Rational design of induced regeneration via somatic embryogenesis in the absence of exogenous phytohormones》由瓦赫宁根大学团队合作完成，提出并验证了一种不依赖外源植物激素的植物再生新策略，其核心是通过诱导表达根干细胞因子，直接激活植物的再生能力，尤其适用于传统上难以再生的物种。
理性设计基础：基于对根尖干细胞巢生物学和激素诱导再生过程中细胞必经根原基及静止中心样细胞命运的认知，研究者借鉴动物iPSC策略，旨在直接诱导器官发生能力。
基因筛选：
去分化组：包括WIND1和amiGO-RBR。前者是AP2/ERF转录因子，驱动体细胞去分化；后者通过抑制RETINOBLASTOMA-RELATED蛋白，打破干细胞分裂平衡，增加干细胞数量。
干细胞巢组：包括PLT1, PLT4/BBM, PLT5, SHR, SCR, WOX5，这些是定义和维持根尖分生组织和侧根原基中干细胞特性的核心调控模块。
载体工程：
图1A展示了核心载体pXG-01的设计，采用了化学诱导型反式激活系统，实现基因表达的时空调控。pXG-05是其简化版本，为后续功能最小化实验奠定基础。
2.干细胞因子组合足以在无外源植物激素条件下，诱导体细胞胚胎发生和器官发生。
表型验证：
仅诱导SCN基因集：在多个转基因株系中，于根组织上直接诱导产生绿色胚状体和芽分生组织结构（图1B），并可发育成完整植株。
共诱导DEDIF与SCN基因集：导致根部长出过量愈伤组织，并伴随再生事件（图1C）。
仅诱导DEDIF基因集：仅能诱导异常侧根和愈伤状结构，无法启动器官发生。
功能缺失筛选：通过构建一系列转录单元缺失的载体（pXG-02至pXG-07），进行遗传学筛选。
关键发现：
PLT1与WOX5的组合（pXG-05）是诱导再生表型的最小充分必要条件（图1D）。
缺失WOX5则再生完全失败，凸显其不可替代的作用。
BBM与WUS的组合（pXG-08）同样有效，表明AIL/PLT与WOX家族成员的协同作用具有功能冗余性和普适性。
瞬时诱导实验（图1F）：
证明再生程序的启动存在一个临界点。持续诱导4天足以启动自主性再生程序，后续过程不再依赖转基因的持续表达。这表明PLT1/WOX5诱导了细胞命运的稳定表观遗传重编程。
4. PLT1/WOX5通过一种不同于激素信号的路径，直接且广泛地重编程根组织细胞，赋予其多能性。
细胞谱系追踪：利用pSCR::SCR-YFP报告系统（标记内皮层及再生愈伤中层多能性细胞），比较两种诱导途径的细胞学起源。
关键发现（图2）:
激素诱导（CIM）：细胞增殖严格起源于中柱鞘，SCR-YFP信号局限于1-2层细胞，形成典型的愈伤中层（图2C-F）。
PLT1/WOX5诱导：细胞增殖广泛发生于皮层和表皮，并伴随SCR-YFP信号的广泛异位表达，表明其诱导产生了过量的、具有多能性潜势的细胞（图2G-L）。
形态发生时序（图3）:
2-8天：根组织（特别是侧根原基和根尖）出现愈伤组织化。
14天：出现典型的体细胞胚结构。
21天：分化出具有表皮毛的叶原基，标志着芽分生组织的形成。
42天：形成大量可育芽，完成再生循环。
6. 转录组数据从系统水平证实，PLT1/WOX5诱导的再生过程核心机制是体细胞胚胎发生。
全局转录组动力学（图4A-D）:
主成分分析：基因表达呈现清晰的发育轨迹，沿PC1轴（0-3天，对应愈伤形成）和PC2轴（3-14天，向芽命运转变）进行。
基因集富集分析：早期（10小时）即激活细胞周期基因，同时下调细胞壁组织相关基因，为快速分裂做准备。后期（7-14天）光合作用和体细胞胚胎发生通路被特异性激活。
聚类分析（图4E-J）:
簇3：包含WOX7, ERF115，在3天达峰，与获得再生能力相关。
簇5/6：包含体细胞胚胎发生核心调控因子，如LAFL基因，以及胚胎特异性贮藏蛋白基因OLEOSIN，在10-14天高表达。
分子与生化标记（图4K-O）:
FAST-R报告系统和Sudan Red 7B染色：在再生组织中检测到三酰甘油积累，这是合子胚和体细胞胚的典型特征。注意：该标记在激素诱导的器官发生途径中缺失，证明两条通路末端存在本质差异。
胚胎发生报告基因：pWOX2::H2B-GFP和pLEC1::LEC1-GFP在发育中的体细胞胚表皮表达，其模式与合子胚或2,4-D诱导的体细胞胚高度相似。
8.干细胞因子诱导的再生能力是基因型非依赖性的，能够突破由特定基因（如 RPK1）介导的激素再生障碍。
基因型普适性测试：在已知的对激素再生难的拟南芥生态型及rpk1突变体中测试该系统。
关键发现：通过诱导SCN基因，所有测试的顽拗基因型均实现了再生。
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koaf252/8293131?searchresult=1
来源：农民飞哥