地钱孢子体的时空谱分析揭示了祖先分生组织模块及早期胚胎发生过程中的动态表观遗传重编程

多细胞胚胎的出现是陆地植物演化中的一项关键创新，并处于复杂生活史多样化的起点；这类生活史具有单倍体配子体世代与二倍体孢子体世代的交替，且两者均为多细胞。在地钱植物多形地钱（Marchantia polymorpha）中，孢子体仍然结构简单，并在营养上依赖于配子体，因此为研究植物胚胎发生祖先性程序提供了一个具有启发性的系统。我们利用激光辅助显微切割结合RNA测序，构建了一个具有时空分辨率的多形地钱孢子体发育转录组图谱，并对三个发育阶段中的七种组织类型进行了分析。我们揭示了与早期胚胎发生、产孢组织特化以及后期组织分化相关的不同基因表达程序。幼胚的转录组特征表现为生长素响应网络与细胞周期调控因子的协同激活。顶端区域呈现出保守的产孢组织表达谱，其特征由III类HD-ZIP和HMG-box转录因子所界定；而源自下基部的组织则显示出显著的功能特化——足部富集代谢和膜运输功能，蒴柄则表现出令人联想到细胞增殖的基因表达模式。系统发育转录组分析揭示了一种发育“沙漏”模式，其中保守的胚胎中期转录组瓶颈由进化上更古老的基因所主导，这表明这种胚胎约束早于陆地植物形态复杂性的拓展而出现。通过等位基因特异性表达分析，我们表明全基因组范围的父源沉默在胚胎发生过程中逐步建立，并且在时间上与早期由Polycomb介导的H3K27me3标记相脱耦。这些发现揭示了祖先性调控程序构成孢子体发育的基础，并为解析植物胚胎发生的进化起源提供了资源。

多细胞胚的出现是陆地植物进化中的一项关键创新，并且位于复杂生活史分化的起点；这种生活史具有由多细胞单倍体配子体世代与多细胞二倍体孢子体世代交替构成的世代交替特征。苔类植物地钱（Marchantia polymorpha）的孢子体仍然结构简单，并在营养上依赖于配子体，因此为研究植物胚胎发生的祖先性程序提供了一个具有启发性的系统。我们利用激光辅助显微切割结合RNA测序，构建了一个具有时空分辨率的地钱孢子体发育转录组图谱，并对三个发育阶段中的七种组织类型进行了分析。我们揭示了与早期胚胎发生、孢原细胞命运决定以及晚期组织分化相关的不同基因表达程序。幼胚的转录组特征表现为生长素响应网络与细胞周期调控因子的协同激活。顶端区域呈现出一种保守的孢原性表达谱，其特征由III类HD-ZIP和HMG-box转录因子所界定；而源自下基部的组织则显示出显著的功能特化——基足富集代谢和膜转运相关功能，蒴柄则呈现出使人联想到细胞增殖的基因表达模式。系统发育转录组分析揭示了一种发育“沙漏”模式，即存在一个由进化上古老基因主导的、保守的胚胎中期转录组瓶颈，这表明这种胚胎发育约束早于陆地植物形态复杂性的扩展而出现。通过等位基因特异性表达分析，我们表明，全基因组范围内的父源沉默在胚胎发生过程中逐步建立，并且在时间上与早期由Polycomb介导的H3K27me3标记相脱耦。这些发现表明，孢子体发育依赖于祖先性的调控程序，并为解析植物胚胎发生的进化起源提供了重要资源。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.24.746769v1?rss=1

🏷️ 地钱 植物胚胎发生 时空转录组 表观遗传重编程 H3K27me3 发育沙漏