母本控制到合子控制转换时期的确认及其在胚胎发生中的作用

The maternal-to-zygotic transition (MZT) is critical for early embryogenesis. However, the knowledge about plant MZT is limited. The project will systematic study the time and role of MZT during embryogenesis in Arabidopsis, at the level of whole genome and the whole growth period of early embryogenesis. We will obtain gene expression profiles of egg cells, zygotes, two-cell pro-embryos, two-cell embryos and four-cell embryos by high-throughput sequencing. Then the data will be analysis by use of bioinformatics to identify the time of MZT. To determine the maternal and paternal contributions to the MZT, we will hybrid different ecotypes of Arabidopsis thaliana with single nucleotide polymorphism to acquire the gene expression profiles of the hybridized zygote, two-cell pro-embryos, two-cell embryos, four-cell embryos. On the basis of these data, we will screen and verify the de novo transcript during MZT, and analyze the function of these transcripts during embryogenesis at the molecular and genetic level. This project will deepen the understanding of plant MZT.

在早期胚胎发生中，一个重要的事件就是母本控制到合子控制的转换(maternal-to-zygotic transition，MZT)，但是至今对植物MZT的了解都非常有限。本项目将在全基因组和早期胚胎发生全发育期的水平上，系统研究拟南芥MZT发生的时期及其在胚胎发生中的作用。我们将采用少量细胞建库技术，通过高通量测序分别获得卵细胞、合子、二胞原胚、二胞胚以及四胞胚时期的基因表达谱，通过生物信息学分析确认MZT发生的时期。我们还将利用具有单核苷酸多态性位点的不同生态型的拟南芥，获得他们杂交后产生的合子，二胞原胚、二胞胚以及四胞胚时期的基因表达谱，解析父母亲本基因在MZT中的贡献。以这些数据为基础，我们将筛查并验证MZT中从头合成的转录本，并在分子与遗传水平上对这些转录本的功能进行分析，明确其在胚胎发生中的作用。本项目的研究将深化对植物MZT的认识。

精卵融合形成受精卵或称为合子，是胚胎发育的原始细胞。合子经过一系列复杂而精巧的发育过程形成胚胎。在早期胚胎发生中，一个重要的事件就是胚胎发生由母本控制转换到合子控制(maternal-to-zygotic transition，MZT)，此时胚胎开始从头合成自身的mRNA和蛋白质，胚胎的发育依赖于这些新的转录本。MZT对于发育过程来说十分重要，如果阻断MZT过程中的转录就会导致胚胎发育受阻。我们在烟草中证实MZT对合子的第一次分裂及以后的发育是必须的，但是还没有其它相关的研究来全面阐述MZT与胚胎发育的关系。本课题的研究目标是：在全基因组和早期胚胎发生全发育期的水平上，系统研究拟南芥MZT发生的时期并解析父母亲本在MZT中的贡献。.本项目在前期工作中已经建立了拟南芥胚胎发生全发育期胚的分离技术，解决了体外分离拟南芥卵细胞和合子这一技术瓶颈。采用少量细胞建库技术，通过高通量测序技术分别获得卵细胞和合子的基因表达谱。本项目发现植物合子激活与动物一样，具有母本信息清除和合子基因组激活两个过程。但植物MZT的时间进程及父、母亲本双方的贡献具有区别于动物的独特性；从全基因组水平证实了MZT在受精卵时期已经开始，远远早于动物。同时，该项目发现植物受精卵发育具有两个典型阶段，早期发育调控信息主要来自于卵细胞，而后期合子极性的建立及启动细胞分裂则需要来自于合子的从头合成的新转录本。我们还利用具有SNP位点的不同生态型的拟南芥，解析了父母亲本在MZT中的贡献。此外，我们从差异表达的基因着手，分离得到了在MZT过程中产生的对胚胎发生具有重要作用的新转录本基因，为进一步的深入研究打下了基础。在该项目资助下，我们在Developmental Cell、PNAS等SCI刊物上发表论文4篇，深化了对植物MZT的认识。