学城科研 - 福建农林大学园艺学院赖钟雄/林玉玲团队在Plant physiology发表龙眼生物学领域论文

龙眼(Dimocarpus longan Lour.)是世界上重要的热带亚热带果树之一。龙眼果实品质具有较高的营养和药用价值，被视为水果珍宝。龙眼胚胎发育直接决定果实的品质和产量。植物体细胞胚胎发生（somatic embryogenesis，SE）揭示了一个细胞发育为完整植株的细胞全能性机制，2005年被SCIENCE列为人类十大未解之谜之一。龙眼中罕见的高频率同步化体胚发生系统是木本植物体胚发生机制研究的模式系统之一，受到联合国FAO出版的《Asian Longan Production》一书（2000年）的充分肯定。借助龙眼体胚发生系统揭示植物细胞全能性机制具有重要意义。MicroRNA在植物体胚发生过程中扮演着十分重要的角色。然而，miR408在植物体胚发生过程的分子机制仍知之甚少，并且miRNA调控核黄素代谢的分子机制仍难以捉摸。前人研究发现在人“Hela”细胞系中，FMN可作为人工去甲基化酶参与调节细胞内m6A修饰水平，但植物中核黄素代谢是否参与m6A修饰仍然未知。

3月17日，福建农林大学园艺学院/园艺植物生物工程研究所赖钟雄研究员/林玉玲教授团队在 Plant physiology（中科院一区TOP期刊，IF5y=8.905）在线发表了题为“ Riboflavin metabolism mediates m6A modification targeted by miR408, promoting early somatic embryogenesis in longan”的研究论文，该研究揭示了miR408靶向一个新的靶基因DlNUDT23，激活核黄素代谢介导m6A修饰调控龙眼体胚发生的分子机制，同时，该研究优化了龙眼SE转基因再生体系，实现转化胚性愈伤组织（embryogenic callus，EC）诱导体胚发生，进而直接验证胚胎发育基因的功能，解决了木本植物胚胎发育过程基因功能验证周期长的难题。

值得注意的是，这是全球龙眼生物学领域首篇发表在百年老牌植物学国际顶级期刊Plant physiology的研究论文，标志着我国在龙眼胚胎发育生物学研究上实现了全新突破。

本研究通过优化龙眼稳定遗传转化再生方式，侵染龙眼胚性愈伤组织，获得稳定遗传转化的DlMIR408-OE胚性细胞系，并持续继代保存，该细胞系可顺利诱导为子叶胚和成熟胚。进一步结合全转录组高通量测序技术、体外饲喂试验、烟草和龙眼瞬时转化功能验证以及生理测定试验，首次验证miR408靶向负调控新靶标DlNUDT23，激活核黄素代谢，介导m6A修饰和RNA稳态，最终影响龙眼体胚发生早期胚性细胞分裂和分化，促进龙眼早期体胚发生。另一方面，过表达DlMIR408促进了21 nt miRNA生物合成，影响RNA加工、核黄素代谢、DNA复制、GPI-糖基磷脂酰肌醇代谢及氨基酸代谢。体外促进核黄素合成后提高m6A修饰水平，促进龙眼胚性细胞增殖和早期体胚发生；抑制核黄素生物合成后，降低m6A修饰水平，抑制龙眼胚性细胞增殖但不影响早期体胚分化；FMN处理上调DlALKBH9B和DlETC2表达，m6A修饰水平下降，上调细胞周期相关基因（(DlCDKB1和DlCYCD7;1)表达，促进龙眼早期体胚发生。此外，pre-miRNA上也可能发生m6A修饰，影响miRNA及其靶基因表达水平。这些研究结果进一步证明了我们的假设即dlo-miR408-3p-DlNUDT23-FMN-m6A模型促进龙眼早期胚性细胞分裂分化。研究结果为miR408在龙眼及其他植物体胚发生早期的分子机制研究提供新的参考，填补了长期以来miRNA调控核黄素合成影响植物体胚发生过程的空白。

图1. 龙眼稳定遗传转化DlMIR408转基因球形胚细胞系获得

图2. dlo-miR408-3p-DlNUDT23-FMN-m6A模型调控龙眼早期体胚发生

福建农林大学园艺植物生物工程研究所/亚热带果树研究所赖钟雄研究员为该论文通讯作者，福建农林大学园艺植物生物工程研究所为第一署名单位，园艺学院2022届博士毕业生徐小萍博士（现就职于福建省农科院生物技术研究所）为论文第一作者，园艺植物生物工程研究所林玉玲教授为论文共同通讯作者。法国图卢兹综合科学研究所所长、“闽江学者”徐涵教授，福建农林大学园艺植物生物工程研究所陈裕坤博士、张梓浩老师，以及2022届毕业生陈晓慧博士，硕士研究生张春渝、许小琼、蔡柔荻和官庆栩等参与了该研究。本研究得到国家自然科学基金(31572088)、福建省高原学科建设基金项目(102/71201801101)资助。该研究始于1993年赖钟雄博士论文试验期间建立的龙眼高频率体胚发生模式实验系统，先后得到7项国家自然科学基金的持续资助，坚持30年的持续研究后取得的突破性进展。

据悉，该论文是赖钟雄研究员/林玉玲教授团队继2017年5月、2020年12月和2022年9月在国际著名期刊GigaScience和Tree physiology上先后发表 “Genome-wide sequencing of longan (Dimocarpus longan Lour.) provides insights into molecular basis of its polyphenol-rich characteristics” (doi: 10.1093/gigascience/gix023.)、“Genome-wide investigation of DNA methylation dynamics reveals a critical role of DNA demethylation during the early somatic embryogenesis of Dimocarpus longan Lour.”(doi: 10.1093/treephys/tpaa097.)和“Genome-wide circular RNA profiling and competing endogenous RNA regulatory network analysis provide new insights into the molecular mechanisms underlying early somatic embryogenesis in Dimocarpus longan Lour. ”(doi: 10.1093/treephys/tpac032.)等论文, 在国际上首次破译龙眼基因组、揭示龙眼体胚发生的甲基化和cirRNA调控机制后，又一关于龙眼胚胎发生发育调控机制的高水平论文，为龙眼品质提升提供了新的思路，进一步揭示了植物胚胎发育的分子调控机制，在解开植物细胞全能性之谜的征途上迈出了新的步伐。

2017 年国际上首次破译龙眼基因组

来源：福建农林大学

编辑：黄灵箫

审核：王晓锋