Science | 破解种子发育协同密码：PIPL7小肽作为 “信使”

被子植物的种子发育始于双受精：一个精细胞与卵细胞融合形成胚胎，另一个精细胞与中央细胞融合形成胚乳。胚乳作为种子发育的"营养枢纽"，负责将母体养分精准输送给胚胎，而这一功能的前提是胚乳沿珠孔-合点轴建立稳定的极性结构。尽管学界早已观察到胚胎对胚乳发育的调控作用，但二者之间传递极性指令的分子信号通路始终是未解之谜。

近日，来自法国和瑞士的研究团队在Science发表了题为An embryo-derived peptide signal directs endosperm polarity in Arabidopsis的研究论文。该研究成功鉴定出调控拟南芥胚乳极性建立的关键信号通路：胚胎分泌的 PIPL7 小肽作为 “信使”，被胚乳细胞膜上的受体激酶IKU2识别，进而通过转录因子MINI3激活下游WOX8/WOX9的极性表达，最终实现胚胎与胚乳的发育协同。

IKU2-MINI3通路：胚乳极性建立的核心调控模块

此前的研究发现，受体激酶HAIKU2（IKU2）与WRKY家族转录因子MINISEED3（MINI3）均参与胚乳细胞化调控，二者突变均会导致胚乳提前细胞化、种子体积变小，但二者的上下游关系及如何调控极性建立尚不明确。该研究发现，MINI3的表达呈现清晰的双阶段特征：受精后1~2天，MINI3在整个胚乳中均匀表达；到受精后4~5天，则特异地富集在胚胎周围的珠孔端胚乳，形成典型的极性分布。而这一极性表达完全依赖IKU2：在iku2突变体中，2天胚乳的MINI3表达量仅略有下降，但5天胚乳的MINI3表达量不足野生型的5%，极性分布完全消失。

进一步研究发现，转录因子WOX8与WOX9是该通路调控胚乳极性的关键下游效应因子，二者均调控胚胎极性，同时也在珠孔端胚乳特异性表达。实验证实，野生型中 WOX8在受精后4~5天特异地在珠孔端胚乳上调，而iku2、mini3突变体中这种极性表达显著减弱；wox8 wox9双突变体同样出现胚乳极性紊乱、合点端异常细胞化等表型，与HAIKU通路突变体高度一致。这表明IKU2与MINI3协同作用，通过维持WOX8/WOX9的极性表达，保障胚乳组织的正确分化与极性建成。

极性指令来自胚胎：卵细胞受精是胚乳极性的前提

为了验证胚乳极性信号是否来源于胚胎，研究团队利用kokopelli突变体创造了特殊的受精类型（仅中央细胞受精、卵细胞未受精的种子），从而排除胚胎的影响。结果显示，在仅中央细胞受精的种子中，MINI3与WOX8 的极性表达完全丧失，胚乳细胞化时序严重紊乱，甚至出现极性结构倒置（珠孔端出现未细胞化囊状结构、合点端完全细胞化），其表型与HAIKU通路突变体高度相似。转录组分析进一步证实：iku2突变体中表达下调的基因，与 “依赖卵细胞受精才能上调” 的胚乳基因高度重叠；其中依赖胚胎表达的标记基因LBD35，其表达完全依赖 IKU2。同时，IKU2恰好定位于珠孔端中央细胞的细胞膜表面，处于胚胎与胚乳的交界面，为感知胚胎来源的信号分子提供了精准的空间位置基础。

PIPL7：胚胎分泌的肽信号，是IKU2的内源配体

IKU2属于富亮氨酸重复受体激酶（LRR-RK）第XI亚家族，其同源蛋白RLK7的已知配体是PIPL（病原诱导肽样）家族小肽。研究团队通过公共转录组数据筛选，发现PIPL7在受精卵和早期胚胎中特异性高表达，成为最具潜力的候选信号分子。为验证 PIPL7与IKU2的互作，研究团队采用了经典的嵌合受体策略：将IKU2的胞外域与 FLS2的跨膜及胞内激酶域融合，在表达钙荧光报告基因的本氏烟中进行实验。结果显示，PIPL7处理可剂量依赖性地诱导胞质钙内流，证明IKU2胞外域可特异性识别 PIPL7。结合AlphaFold3结构模拟与定点突变实验，研究团队进一步证实了两个关键结合位点（RxR 基序与羟脯氨酸结合口袋）对配体识别的必要性，突变关键氨基酸后，PIPL7无法再激活下游信号。遗传研究发现，propipl7功能缺失突变体的种子大小、胚乳极性缺陷、基因表达异常等表型，均与iku2突变体高度一致；且iku2 propipl7双突变体的表型与单突变体无显著差异，证明二者位于同一条调控通路，PIPL7就是IKU2的内源配体。

综上所述，该研究揭示了被子植物中胚胎-胚乳旁分泌信号调控极性建立的分子通路，找到了长期以来的 “孤儿受体” IKU2的内源配体PIPL7，阐明了双受精后两个受精产物通过肽信号——受体激酶通路实现发育协同的核心机制。这一发现不仅填补了种子发育极性调控领域的空白，深化了我们对植物组织间信号交流的理解，也为作物种子大小改良、产量提升提供了全新的分子靶点，在农业育种中具有重要的理论价值与应用潜力。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aed6035