Evolution, Initiation, and Diversity in Early Plant Embryogenesis

First author: Tatyana Radoeva; Affiliations: Wageningen University (瓦赫宁根大学): Wageningen, the Netherlands

Corresponding author: Dolf Weijers

During embryogenesis in plants, cell identities are specified de novo, starting from a single cell. By combining imaging, genomic profiling, and genetics, principles of early plant development have been unraveled in the dicotyledonous plant Arabidopsis. A central emerging question, however, is how well zygotic embryogenesis in Arabidopsis reflects homologous processes in other plant species, including early diverging, non-flowering, and non-seed plants. Here, we consider plant embryogenesis with an emphasis on its evolutionary history, the diverse modes of its initiation, and the concepts in pattern formation among morphologically distinct plant groups. Furthermore, we explore challenges and future directions in plant embryogenesis research.

在植物的胚胎发生过程中，细胞身份是从单个细胞从头开始特化的。通过结合细胞成像、基因组图谱、遗传学等方法，双子叶植物拟南芥早期胚胎发育的主要进程已经很清楚了。然而，一个新出现的核心问题是拟南芥中的合子胚胎发生如何反应其他植物类似的生物学进程，包括早期分化出来的无花、非种子植物。本文中，作者主要从演化历史的角度剖析了植物的胚胎发生，揭示其起始的不同模式，以及形态上差异很大的不同植物类群之间胚胎模式建成。此外，作者进一步总结了未来有关植物胚胎发生研究所面临的挑战与可能的方向。

Abstract

有性生殖多细胞生物起始于一个非常简单的生命形式，即单细胞的合子。虽然这种情况广泛存在于动物和植物界，但合子形成（受精和胚胎身份获取）以及随后的胚胎发生在不同生物王国之间差别很大。重要的是，大多数陆地植物在胚胎发生最后形成的成熟胚胎中并不会产生成熟个体的身体结构。相反，胚胎发生仅为后胚胎发育建立一个基础的模版。分生组织中的干细胞会持续扩展已存在的器官，并在后胚胎发育过程中形成新的器官，最终建成成熟个体的身体模式。然而，除了胚胎不仅是成熟个体的“缩小版”，许多贯穿整个植物发育过程的形态建成进程本质上是胚胎发育的一部分，比如说细胞极性、定向的不对称细胞分裂、以及不同细胞身份特化。由于胚胎发生是起始于一个确定点的渐进过程，相比于更加具有适应性的后胚胎发育过程能够有一定程度上的发育可预见性。因此，尽管存在技术上的限制，植物胚胎发生已经成为一个非常理想的研究植物发育基本原则的模型。之前的综述文章主要关注植物胚胎发生的遗传和分子调控。本文中，作者从一个不同的角度讨论了控制植物胚胎发育的最新研究进展。作者主要从演化历史的角度考虑植物的胚胎发生，探讨不同植物类群之间的保守性与差异性，并且提出了目前植物胚胎发生的挑战和未来的研究方向。

通讯：Dolf Weijers (https://f1000.com/prime/thefaculty/member/1058938112246895)

个人简介：1997年，荷兰恩斯赫德，生物化学学士；2002年，荷兰莱顿大学，发育遗传学博士；2002-2006年，德国图宾根大学，Gerd Jürgens实验室博士后。

研究方向：以拟南芥早期胚胎会材料研究细胞如何获取其特性。

doi: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.07.011

Journal: Developmental Cell

Published online: September 09, 2019