你对小麦种子的结构了解吗？它由哪些组织构成？都有哪些基因参与这些组织的生长发育？研究论文，“SystematicSpatialAnalysisofGeneExpressionduringWheatCaryopsisDevelopment”，展示了最早的小麦基因高通量特异性时空分析及共表达分析。
一种新的高通量mRNA原位杂交方法，研究了个在颖果发育过程中表达的基因。揭示了新颖独特的空间表达模式，既反映了发育中的颖果的个体发生，也表明了特殊的细胞功能。小麦基因与拟南芥个基因具有显著的同源性。其中至少有25个对拟南芥种子发育至关重要，但其他许多仍有待鉴定。
1.开花后9天(dayafteranthesis,DAA)颖果的发育
作者结合前人研究报道绘制小麦颖果结构图谱。最外层是果皮，用绿色表示。果皮内部是外被皮(蓝色)，内被皮(青色)和珠心表皮(*色)。在早期，有珠心溶解物(浅蓝色)。珠心形成多层珠心投影(3DAA处为灰色;在6和9DAA处又细分为背面[深灰色]和正面[浅灰色]区域，位于小花维管组织(橙色)附近。这个区域叫做折痕。在其他地方，珠心形成一层薄层，最终在颖果发育时被压碎，只有珠心表皮保留在成熟种子中。在3DAA时，胚乳(红色)由一层围绕中央液泡的游离核组成。到6DAA时，外周胚乳开始细胞化，细胞核遍布原先由中央液泡占据的中央区域。胚乳中其余的细胞类型从6DAA开始分化，包括被修饰的糊粉层(在6和9DAA)和糊粉层(仅在9DAA)。
图1小麦颖果结构。
在受精前，子房呈倒锥状(图1B和1C)。直到3DAA，基本保持这种形状，但尺寸增加。然后，直到6DAA和9DAA颖果显著延长。
在颖果发育的早期，细胞壁增厚的细胞(转移细胞)的分化发生在褶皱区和珠心突出处。荧光增白剂染色显示，珠心壁增厚的薄层存在于3DAA时发育的胚乳周围和珠心凸起的细胞中(图1C)。靠近胚乳的珠心凸出的细胞壁(珠心背面)比靠近脉管系统的细胞壁(珠心正面)厚。9DAA邻近珠心投影的被修饰的糊粉层细胞壁增厚。
2.细胞周期相关转录本揭示了发育中的颖果的细胞增殖模式
为了确定细胞周期活动在早期发育过程中的变化，作者使用细胞周期相关转录本作为标记。据报道，只有处于细胞周期S期的细胞才表达组蛋白H4转录本，因此用组蛋白H4探针原位杂交可以作为细胞周期活性的指标。如图1D所示，在3,6,9DAA处原位标记组蛋白H4。在每个处理中，旁边小图显示背面(顶部)和侧面(底部)果皮的细节。作者发现3DAA组蛋白H4表达活跃，在各个生长活跃的区域都有较高的表达。而到了6DAA，其表达主要集中在胚乳和中间区域等较为分散的区域，这表明生长的活跃程度实质上是有所下降的。根据组蛋白H4的表达，通过采集不同时期，种子个组织周圆的变化，发现细胞增殖差异并非种子形态变化的直接原因。在9DDA时，组蛋白H4的表达几乎完全局限于胚乳和珠心凸起的背轴边缘。这一发现表明，珠心凸起细胞周期活动的位置在6-9DAA之间由近轴向远轴移动，果皮的生长主要归因于细胞的扩张。在随后的发育过程中，组蛋白H4的表达除了在糊粉层以外的各组织都在减少，在13DAA糊粉层表达最高，但有表达的细胞数目减少。
3.颖果发育过程中基因表达的系统原位分析
作者根据已发表的表达芯片数据，选取了开花后前9天表达的基因，获取cDNA，设计了个探针进行原位杂交。其中个有表达，而个没有检测到信号。紧接着作者对个基因进行序列比对功能注释分析。并根据原位杂交结果，对这些基因表达的时空分布进行了统计分类（数据见原文表1，我想这就是最早的“高通量”共表达分析吧）。
4.不同时期组织器官的基因表达分析
基于上述的结果，作者随后进行了一系列的分析，包括：细胞周期调控和增殖相关基因表达；细胞类型特异性基因表达；胚乳中的基因表达；母体组织中的基因表达；细胞壁相关基因在母体和胚乳组织中的协调表达；转录因子基因表达等。本文不一一赘述，感兴趣的小伙伴可以点击下方原文链接，进一步学习。
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