有性生殖是生物適應復雜多變環(huán)境的重要方式，也是物種延續(xù)與生物多樣性形成的關鍵。生殖細胞（雌、雄配子）的產生是生物完成有性生殖的前提。長期以來，植物生殖細胞相關研究主要集中于孢子體世代（二倍體世代，2n）占優(yōu)勢的種子植物類群，但在以配子體為主世代（單倍體世代，n）的苔蘚植物中，生殖細胞發(fā)生和發(fā)育機制研究不足，極大地限制了人們對陸地植物生殖細胞演化機制和規(guī)律的理解。

國家植物園（南園）徐波研究組科研人員及合作者發(fā)現了調控地錢生殖系細胞命運決定的關鍵因子GERMLINE IDENTITY DETERMINANT (MpGLID)。該基因功能缺失導致精子器和頸卵器（雌性生殖器官）中無法形成生殖系細胞，但并不影響營養(yǎng)生長和生殖結構的分化。MpGLID基因的異位表達，在葉狀體（營養(yǎng)器官）中誘導產生具有生殖系細胞特征的細胞團。

生殖系細胞命運決定調控模塊BNB-GLID在陸地植物中的演化模式

此外，研究人員發(fā)現，調控地錢生殖器官發(fā)育起始的關鍵因子BONOBO（MpBNB）通過直接結合MpGLID啟動子區(qū)正向調控其表達，介導了地錢生殖系細胞身份決定。通過對BNB-GLID遺傳模塊演化分析，研究人員提出該模塊調控生殖系細胞身份建立在陸地植物最近共同祖先中已經出現，并在苔蘚植物中得到了保留；在陸地植物后續(xù)的演化過程中，隨著單倍體世代被逐漸壓縮，該模塊也發(fā)生了精簡，GLID在配子體世代中的功能完全丟失，并在孢子體世代（2n）中發(fā)生功能分化被招募調控絨氈層發(fā)育（以擬南芥MS1為代表），而BNB在配子體世代（n）中的功能則被保留下來。

與目前的普遍認知不同，該研究表明了調控生殖系細胞命運決定的遺傳機制在陸地植物中并不保守，并提出了雌雄配子演化的新觀點，不僅為理解陸地植物生殖細胞演化和花粉起源提供了新的見解，而且也為基因新功能化是植物孢子體世代復雜化的重要方式提供了例證。

該成果于近日在線發(fā)表于國際學術期刊The Plant Cell上。國家植物園（南園）已畢業(yè)博士研究生任小龍、助理研究員張曉霞和博士研究生戚肖桐為論文共同第一作者，徐波研究員和孔宏智研究員為論文共同通訊作者。國家植物園（南園）王柏臣研究員，英國萊斯特大學David Twell教授，博士研究生張?zhí)铩⑼趸劢?、符淵及碩士研究生貢禹參與了部分工作。該研究得到了國家自然科學基金創(chuàng)新群體和面上項目以及王寬誠教育基金會的資助。

植物登陸與早期演化研究組

組長：徐波研究員

郵箱：boxu@ibcas.ac.cn

主要研究方向：以苔蘚植物地錢（Marchantia polymorpha）及小立碗蘚（Physcomitrium patens）為研究材料，圍繞陸地植物起源的科學問題，重點關注植物登陸與早期演化過程中關鍵性狀起源及適應性演化的遺傳基礎。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻