配子发生对有性生殖系统至关重要，在植物进化过程中发生了巨大变化。苔藓植物、番茄植物和蕨类植物发育的生殖器官称为配子囊，即用于精子和卵子生产的花药和颈卵器。然而，早期配子囊发育的分子机制尚不清楚。而研究者们鉴定了一种“非经典”类型的BZR/BES转录因子，MpBZR3，作为模式苔藓植物Marchantia polymorpha配子囊发育的调节因子。有趣的是，MpBZR3的过表达诱导了异位配子囊。遗传分析表明，MpBZR3促进雄性植株花药发育的早期阶段。相反，MpBZR3是雌性植物颈卵器发育后期所必需的。我们证明MpBZR3对于花药和颈卵器的成功发育是必要的，但在两性之间的功能不同。总之，这种“非规范”类型的BZR/BES成员可能有助于生殖系统的进化。

研究者们为了确定一种新的性生殖器官发育过程调控因子，首先对颈卵细胞进行了RNA测序（RNA-seq）分析。按照相关标准鉴定出了272个基因，MpBNB是配子囊发育的关键启动子，在这组基因中被发现，从而表明存在颈卵器和花药发育的潜在调节因子。根据M. polymorpha (MBEX)表达数据库可以发现，MpBZR3在花药囊、花药壁、颈卵器、颈卵细胞和年轻孢子体中表达，但不在营养组织和器官中表达。研究者们构建了两个与荧光蛋白基因citrine融合的MpBZR3的雄性异位过表达系，有趣的是，这些过表达系形成了具有异位花药样结构的严重未分化细胞团。

为了揭示MpBNB和MpBZR3之间的遗传关系，研究者们分析了MpBZR3在Mpbnbko中的表达。在Mpbnbko中未检测到诱导条件下的MpBZR3表达，这表明MpBZR3的表达是通过MpBNB调节的配子囊启动而发生的。此外，研究者们从Mpbnbko雌性和雄性背景构建了β-雌二醇诱导的MpBZR3过表达系。而有趣的是，β-雌二醇处理过表达的MpBZR3在Mpbnbko背景下诱导了配子囊样结构；然而，与在野生型背景中制备的MpBZR3过表达系相比，它们的形态没有那么精细。在Mpbnbko雄性背景中由MpBZR3过表达诱导的花药样结构比野生型背景中的MpBZR3超表达者中的细胞更小。与野生型雌性背景中的MpBZR3过表达不同，Mpbnbko雌性背景中MpBZR3的过表达诱导缺乏大空腔的颈卵器样结构，这表明MpBZR3可以启动配子囊发育，其中MpBNB是生殖细胞正常分化所必需的。此外，在配子囊中高表达的基因如MpRKD、MpDUO1和MpBELL5的表达是由MpBZR3在Mpbnbko背景中的过表达诱导的，其水平低于野生型背景。这些结果表明，MpBZR3可以以不依赖于MpBNB的方式诱导配子囊样结构所需的基因。

而后为了研究MpBZR3在花药发育中的功能，研究者们使用柠檬酸敲除系统构建了报告系MpBZR3-Citrineki。在花药发育的早期阶段，在发育中的花药的细胞核中检测到柠檬酸信号，并在后期逐渐减少。接下来，我们产生了MpBZR3基因组编辑品系，MpBZR3-2ge雄性，它有一个DBD编码区中的bp缺失。Mpbzr3-2ge雄性在有性生殖过程中发育出正常的营养器官和难以区分的花药托。使用带有SYBR Green I染色的ClearSee方法观察花药囊中的花药。在野生型雄性花药发育的各个阶段都观察到许多花药。相反，在Mpbzr3-2ge雄性的花药囊的早期阶段没有清楚地观察到花药。在Mpbzr3-2ge雄性的后期观察到花药，但仅在花药托的外围区域观察到。花药的发育从花药花托的外围开始，在花托扩大的过程中，发育中的花药向中心移位。因此，Mpbzr3-2ge雄性中的这种表型表明在花药囊发育的早期阶段花药囊发育失败。

相反，在Mpbzr3-2ge雄性中，花药发育在早期中止，在第2期花药囊的外围区域观察到一些发育中的花药。此外，我们使用来自野生型和Mpbzr3系的发育中的花药贮器进行RNA-seq分析。所得到的结果与形态学观察结果一致。然而，作为花药发育早期标志基因的MpMS1在Mpbzr3-2ge雄性中的表达显著低于野生型雄性。这些结果表明，AnIC在Mpbzr3雄性中建立，但随后的花药发育在早期阶段中止。

在第3阶段之后，花药在Mpbzr3-2ge雄性的花药托的外围区域发育。此外，MpDUO1和MpDAZ1的表达水平在两个互补系中部分恢复。与野生型雄性相比，Mpbzr3-2ge雄性每个花药囊产生的排出精子细胞量较小但可检测到。这些结果表明，在MpBZR3-2ge雄性中，MpBZR3独立的花药在花药囊的后期发育。

通过研究者们的观察结果表明，Mpbzr3-1ge雌性颈卵器的发育缺陷发生在颈卵器发育的后期。在转录组分析中，检测到MpBNB（在ArIC和颈卵器早期阶段表达）和MpRKD（参与卵子分化）处于相同水平，而MpKNOX1（在发育后期的颈卵器卵子中表达）在Mpbzr3-1ge雌性的颈卵细胞中的表达水平在第1和第4阶段均低于野生型雌性。这表明MpBZR3有助于卵在颈卵器发育后期的成熟和维持。接下来，我们测试了Mpbzr3突变体的育性。当来自野生型或Mpbzr3-2ge雄性的精子应用于野生型雌性时，在两个杂交中都观察到孢子体。野生型雌性和Mpbzr3-2ge雄性杂交产生的一些孢子虫在Mpbzr3基因座中具有Mpbzr3-20e型突变和抗生素耐药性，表明Mpbzr-3-ge雄性的部分染色体传递给下一代。相反，当与Mpbzr3-2ge或野生型雄性杂交时，Mpbzr3-1ge雌性不形成孢子体。这些杂交结果表明，Mpbzr3-2ge雄性产生可育精子，而Mpbzr3-1ge雌性不育。这一发现支持了MpBZR3是颈卵器功能所必需的观点。

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https://www.nature.com/articles/s41477-024-01669-0

文章来源：植物生物技术Pbj