體細(xì)胞胚胎發(fā)生（Somatic embryogenesis, SE）是解析植物胚胎發(fā)育分子機(jī)制的重要模型，更是實現(xiàn)優(yōu)良種質(zhì)高效繁育的核心技術(shù)，在林木規(guī)?；?、遺傳改良及珍稀品種保護(hù)中具有不可替代的應(yīng)用價值。華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）作為我國北方特有的優(yōu)質(zhì)針葉樹種，不僅是塞罕壩百萬畝人工林的核心建群種，在三北防護(hù)林工程中發(fā)揮著防風(fēng)固沙、水土保持的生態(tài)屏障作用；其木材材質(zhì)堅韌、紋理通直，也是建筑、家具及紙漿工業(yè)的重要原料，兼具顯著的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)價值。然而，針葉樹體胚發(fā)生技術(shù)長期受限于不同基因型胚性細(xì)胞系間的能力差異，部分優(yōu)良基因型難以誘導(dǎo)胚性細(xì)胞，或體胚產(chǎn)量、質(zhì)量低下，嚴(yán)重制約了該技術(shù)在良種繁育中的規(guī)模化應(yīng)用。突破基因型限制，需從分子層面揭示差異形成的機(jī)制，為技術(shù)優(yōu)化提供理論支撐。

近日，北京林業(yè)大學(xué)張金鳳教授和趙健副教授團(tuán)隊在國際植物學(xué)知名期刊Plant Physiology在線發(fā)表了題為The Transcription Factor LpWRKY65 Enhances Embryogenic Capacity through ROS Scavenging during Somatic Embryogenesis of Larch的研究論文。該成果首次闡明 WRKY 轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)控活性氧穩(wěn)態(tài)影響針葉樹體胚發(fā)生的分子機(jī)制，為破解針葉樹體胚發(fā)生的基因型限制難題提供了新的理論依據(jù)和分子靶點。

該研究以兩個體胚發(fā)生能力顯著差異的落葉松胚性細(xì)胞系為材料，通過構(gòu)建體胚發(fā)生各階段的轉(zhuǎn)錄組圖譜，結(jié)合聚類分析與共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)篩選，鑒定到核心調(diào)控基因LpWRKY65。該基因在體胚發(fā)生早期高表達(dá)，且在高胚性能力細(xì)胞系（HEL）中的表達(dá)量顯著高于低胚性能力細(xì)胞系（LEL）。功能驗證顯示，過表達(dá)LpWRKY65不僅能顯著提高體胚的產(chǎn)量和同步化程度，還可逆轉(zhuǎn)長期繼代培養(yǎng)導(dǎo)致的胚性衰退現(xiàn)象，直接證明其對體胚發(fā)生能力的促進(jìn)作用。為解析LpWRKY65的作用途徑，團(tuán)隊聯(lián)合 DAP-seq與 RNA-seq 分析，發(fā)現(xiàn)其下游靶基因顯著富集于活性氧（ROS）清除通路。其中，已被證實參與 ROS 清除的關(guān)鍵基因LpHmgB10表現(xiàn)出強(qiáng)烈響應(yīng)。進(jìn)一步通過酵母單雜交（Y1H）和雙熒光素酶報告系統(tǒng)（DLR）驗證，明確LpWRKY65可直接結(jié)合LpHmgB10啟動子的 W-box 元件，顯著激活其轉(zhuǎn)錄。ROS 含量測定、氧化還原酶活性分析及 DCF 熒光染色實驗均顯示：過表達(dá)LpWRKY65或LpHmgB10能有效增強(qiáng)細(xì)胞的 ROS 清除能力，維持氧化還原穩(wěn)態(tài)，從而促進(jìn)胚性分化和體胚正常發(fā)育。

綜上，該研究首次在針葉樹中建立了“WRKY-ROS”調(diào)控軸模型，揭示了LpWRKY65作為核心轉(zhuǎn)錄因子，通過精準(zhǔn)調(diào)控 ROS 動態(tài)平衡提升體胚發(fā)生能力的分子機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解針葉樹體胚發(fā)生的基因型差異提供了新視角，更為分子精準(zhǔn)調(diào)控體胚發(fā)生技術(shù)、推動優(yōu)良落葉松品種的規(guī)模化繁育奠定了基礎(chǔ)，對林業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)建設(shè)具有重要實踐意義。

LpWRKY65介導(dǎo)活性氧清除調(diào)控落葉松體細(xì)胞胚胎發(fā)生

北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院趙健副教授為論文的通訊作者，已畢業(yè)博士生陳曉藝為論文第一作者。北京林業(yè)大學(xué)在讀碩士生張璐瑤、已畢業(yè)碩士生劉成碧，在讀碩士生王睿和河北省林業(yè)和草原科學(xué)研究院代劍峰參與了研究工作。北京林業(yè)大學(xué)張金鳳教授和加拿大維多利亞大學(xué)孔立生研究員對該研究給予了重要支持和指導(dǎo)。本研究得到了中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（QNTD202502）、國家自然科學(xué)基金（32371834）和國家重點研發(fā)計劃（2023YFD2200100）等項目支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf286