北京大学生命科学学院贺新强课题组与周岳课题组合作揭示PRC2调控维管组织模式建立机制

植物维管组织构成了维管植物体内负责物质运输与机械支撑的组织系统，使得水分、矿物质和有机养料能够在植物体内快速运输和分配，对植物的生长发育及环境响应均起着重要作用。维管组织包括木质部（Xylem，Xy）和韧皮部（Phloem，Ph），由原形成层和形成层（Cambium，Ca）分化而来，并形成特定的组织模式。此前的研究构建了以植物激素和转录因子为核心的植物维管组织发育调控网络，而对表观遗传因子在维管组织发育中的作用机制仍不清楚。多梳抑制复合体2（Polycomb repressive complex 2，PRC2）作为多梳蛋白家族（Polycomb group，PcG）成员，负责组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化修饰（H3K27me3），其参与植物生长发育阶段转换、花器官身份维持、胚乳和胚胎发育等生物学过程。然而，PRC2组分之间存在功能冗余，且多重或纯合突变体出现致死或严重的生长发育缺陷，对研究其对植物维管组织发育的调控造成了很大困难。因此，对PRC2如何影响植物维管组织模式建立及其调控机制仍缺乏深入了解。

2025年8月8日，基因功能研究与操控全国重点实验室、北京大学生命科学学院贺新强教授课题组与北京大学现代农学院、北大-清华生命科学联合中心周岳研究员课题组在Plant Cell上在线发表了题为“PRC2 regulates cytokinin and HD-ZIP III pathways to orchestrate vascular tissue pattern formation in Arabidopsis”的研究论文，揭示了PRC2通过细胞分裂素和HD-ZIP III转录因子家族调控拟南芥下胚轴维管组织模式建立的作用机制。

贺新强课题组与周岳课题组通过组织特异基因敲除技术（Tissue-specific knockout，TSKO）创制了PRC2成员FIE（FERTILIZATION INDEPENDENT ENDOSPERM）的维管组织特异性敲除突变体WOX14_pro: FIE-KO，研究发现FIE突变后会在韧皮部薄壁组织区域内形成异位维管束（Ectopic vascular bundles，ectoVB）和维管柱（Ectopic vascular cylinders，ectoVC），同时木质部中网纹/孔纹导管以及纤维的分化过程受阻。转录组测序和染色质免疫沉淀（ChIP）分析结果表明，FIE直接调控细胞分裂素生物合成基因IPT1/3/5/7（ISOPENTENYLTRANSFERASE1/3/5/7）的H3K27me3水平，从而抑制其转录，并调控下胚轴中细胞分裂素的空间分布和响应。通过遗传回补试验干扰细胞分裂素的生物合成或信号转导，能够部分抑制FIE敲除后下胚轴中的维管发育缺陷。此外，本研究还发现木质部发育核心调控基因HD-ZIP III家族转录因子作用于FIE-IPTs下游，且在WOX14_pro: FIE-KO中过表达HD-ZIP III家族成员ATHB8（ARABIDOPSIS HOMEOBOX GENE 8）也能部分恢复维管组织发育表型。

综上所述，本研究揭示了PRC2及其下游信号通路在维管组织模式建立中的核心调控机制，并拓展了组织特异性敲除技术在植物发育生物学中的应用。

FIE调控拟南芥下胚轴维管组织模式建立的作用机制模型

北京大学生命科学学院博士生张羽飞、北京大学生命科学学院已毕业研究生黄润洲、北京大学现代农学院博士后杨婷婷为本文共同第一作者，周岳和贺新强为本文共同通讯作者，北京大学生命科学学院在读博士生李桉、王梓豪、邬月新，北京大学现代农学院在读博士生邓杨，南开大学生命科学学院教授张静等为本文作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、生物育种国家科技重大专项、中国博士后科学基金资助项目、基因功能研究与操控全国重点实验室、北京大学生命科学学院、北京大学现代农学院、北大-清华生命科学联合中心的资助。北京大学生命科学学院公共仪器中心和凤凰工程蛋白质平台提供了技术支持。