近日，我校民族医药学院教师蒋敏在国际顶级综合性期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）（SCI, IF = 9.5，中国科学院1区Top）上发表了题为“Spatiotemporal transcriptome atlas reveals the dynamic cellular and molecular characteristics of ovule development in gymnosperms”《时空转录组图谱揭示裸子植物胚珠发育过程中细胞与分子的动态特征》的研究论文。

该研究由复旦大学、贵州民族大学、内蒙古大学及上海辰山植物园等单位合作完成。复旦大学为第一单位，贵州民族大学为第二单位，贵州民族大学教师蒋敏和复旦大学研究生金涛为共同第一作者，复旦大学杨继和戚继教授为共同通讯作者。论文首次构建了裸子植物胚珠发育的高分辨率时空转录组图谱，揭示了其早期发育过程中细胞与分子的动态特征。这一成果是对种子植物胚珠发育和进化的重大突破，也为植物演化发育生物学（Evo-Devo）提供了关键的分子证据。

长期以来，由于化石形态学证据与现存被子植物发育机制之间存在鸿沟，胚珠的起源问题一直备受争议。本研究利用空间转录组技术，系统解析了四个系统发育距离较远的裸子植物谱系的代表种[银杏 (Ginkgo biloba)、买麻藤 (Gnetum montanum)、油松 (Pinus tabulaeformis)和攀枝花苏铁 (Cycas panzhihuaensis)]在胚珠发育过程中的基因表达动态。通过对基因表达时-空变化模式的种内与种间比较，本研究揭示了裸子植物胚珠发育和结构分化的特征，鉴定与不同发育阶段及组织相关联的主调控基因；并结合分子进化特征分析，深入探讨了胚珠乃至种子性状起源和进化的分子基础。

研究结果表明，裸子植物各类群在胚珠发育过程中均存在保守的近-远端（proximal–distal）和近-远轴（adaxial–abaxial）极性分化模式，且珠被的发育受深层保守的极性调控网络支配。这一发现有力支持了“珠被起源于祖先极性程序，并在进化过程中被征用并整合至核心发育模块”的假说。此外，研究发现合点区在不同发育阶段均呈现明显的区域分化，不同区域的细胞遵循不同的分化轨迹，进而向不同方向分化形成不同的组织和结构。基于此，本研究提出了“合点分生组织”的新概念，揭示了胚珠具有类茎端的发育模式。这些发现为理解胚珠与珠被的本质提供了全新视角，极大地推进了对胚珠乃至种子性状起源的认识。

图 多种裸子植物中胚珠发育相关基因保守性的系统发育基因组学分析

这项工作为我们提供了这样一个全新的研究范式：我们可以立足Evo-Devo视角，运用空间转录组技术动态追踪药用植物活性部位的基因表达，精准锁定驱动其发育的主调控基因，并结合其分子进化特征，探究关键性状起源与进化的分子机制，为优化药用植物的栽培与育种策略提供了重要的科学支撑。

原文链接: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2524858123

供稿：民族医药学院  一审：周培富  二审：文渊 三审：唐懈