Plant Cell: 母体组织调控种子大小

近日，山东农业大学张宪省/苏英华教授团队在植物学经典期刊Plant Cell在线发表了题为The Arabidopsis MATERNAL EFFECT EMBRYO ARREST45 ProteinModulates Maternal Auxin Biosynthesis and Controls Seed Size by Inducing AINTEGUMENTA的研究论文，阐明了母本组织调控种子大小的潜在机制，并提出可以利用MEE45及其下游成分来开发更高产量的农作物品种。

来自yubin的解读:

种子大小是一个关键的农艺性状指标，也是决定农作物产量的主要因素，提高种子大小能够有效提高种子作物产量，满足人类日益增长的能量需求。目前，种子大小的调控机制已有较为透彻的研究。种子由母体组织（种皮等）和合子组织（胚胎、胚乳等）共同构成，种皮由珠被发育而来，珠被形成一个空腔，胚胎和胚乳在其中发育，所以珠被腔的大小在物理上决定了种子的最终大小。二倍体胚胎，三倍体胚乳和母体种皮共同决定种子的发育状况。

内容简介：种子大小由母体和合子组织的协调发育来决定。本文作者鉴定到一个B3转录因子——MATERNAL EFFECT EMBRYO ARREST45 (MEE45)，mee45突变体种子变小而过表达MEE45则使种子变大。杂交实验表明MEE45通过母本效应调控种子大小。通过观测统计胚珠细胞的大小，作者发现mee45突变体的胚珠细胞显著变小。为了解析MEE45如何调控胚珠发育，作者通过RNA-seq筛选到ANT基因，该基因已被报道过可通过促进胚珠珠被细胞增殖来调控种子大小，ChIP，基因表达和遗传实验进一步证实了MEE45直接结合ANT的启动子区域并正调控其转录，从而调控种子大小。ANT则激活胚珠珠被中生长素生物合成基因（如YUCCA4）的表达。综上，该文鉴定了新的种子大小调控因子MEE45，并揭示了其作用的潜在机制。

(Li et al., 2021，The Plant Cell）

yubin短评：本文思路清晰，证据充分，阐明了MEE45-ANT通过母体调控种子大小的机制。已有研究提出，受精后母体组织珠被中产生的生长素会影响胚胎的早期发育，这篇文章则进一步表明珠被中的生长素会影响种子发育从而决定种子大小。但珠被中的生长素是直接移动到胚胎还是产生某种下游信号间接调控发育仍有待探索。

(Li et al., 2021，The Plant Cell）

来自Bin2的解读：

种子大小是决定农作物产量的重要农艺性状。增加种子大小将为提高谷物产量和满足全球不断增长的人口的饮食热量需求提供一种有效的方法。种子大小受种子内复杂的基因调控网络影响。被子植物种子由种皮、胚和胚乳组成，它们源自于双重受精过程中的不同事件：受精的胚胎是由一个精子与卵融合而形成的；而胚乳，即种子的营养丰富的果肉，是由一个精子与两个极核融合形成的；种皮，是由母体的外皮发展而来，外皮是一层或两层的膜，包裹着细胞核和雌配子体。外皮膜的大小与其他组织协同作用，限制了种子的大小，并且在通过调控生长素生物合成来控制胚胎发育中起着重要作用。种皮作为母体组织影响着种子的大小，说明母体组织在种子大小的控制中起到重要的作用，但是其中的具体机制还不是很清楚。

首先对拟南芥MEE45突变体种子表型进行分析，发现MEE45基因参与种子大小调控；并且对突变体和野生型进行正反交实验，确定MEE45是通过影响母体组织影响种子大小的；通过细胞生物学实验发现MEE45通过特异调控种皮细胞的增殖而不是胚胎的发育，来影响后代种子的大小和质量。然后，通过转录组和遗传学等实验分析，MEE45直接调控ANT调控种子大小，而ANT可以调控生长素合成基因YUC4的表达，促进生长素信号，从而影响种子的大小；最终揭示了MEE45-ANT-auxin途径调控母体组织，调控种子大小。

bin2评：该研究为发现了MEE45-ANT-YUC4的途径来调控母体组织种皮的发育来影响种子的大小；说明种皮大小在种子发育中起到重要的作用。该研究可为将来提高种子产量的研究提供重要理论基础。