《PLOS Biology》：Dynamic auxin maxima regulate male-to-hermaphrodite conversion and de novo meristem formation in the fern Ceratopteris gametophytes
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本研究揭示了蕨类植物Ceratopteris配子体性别转换的新机制：去除雄器素后，局部生长素生物合成通过CrTAA1基因动态建立生长素信号最大值，特异性激活分生组织祖细胞（MPC）谱系，驱动单细胞起源的多细胞分生组织从头形成。CRISPR-Cas9基因编辑证实CrTAA1是性别转换的关键调控因子，为陆生植物生殖发育进化提供了新见解。
生长素信号在Ceratopteris雌雄同体和雄性发育及雄性向雌雄同体转换过程中的动态变化
通过DR5合成启动子标记生长素信号活性，研究发现Ceratopteris雌雄同体配子体的分生组织区域存在明显的生长素信号梯度，峰值位于分生组织缺刻中心。而在雄性配子体中，DR5信号较弱且分散于精子器发育区域。当雄性配子体从含雄器素条件转移到无雄器素培养基后，48小时内可在特定位置检测到新的DR5信号峰值，该位置随后发育为新生分生组织。
生长素生物合成对雄性向雌雄同体转换至关重要
利用L-酮戊二酸（Kyn）抑制TAA1介导的生长素生物合成，发现150μM Kyn处理可显著抑制性别转换（成功率从93%降至10%）。时间序列成像显示Kyn处理阻断了DR5信号最大值的形成，并抑制MPC谱系的起始和增殖。CRISPR-Cas9构建的CrTAA1敲除突变体（crtaa1-1和crtaa1-2）出现相同表型，证实生长素生物合成是性别转换的必要条件。
生长素生物合成在分生组织形成过程中MPC建立和细胞增殖中的作用
通过pCrUBQ10::H2B-GFP转基因系进行单细胞分辨率谱系追踪，发现mock处理样本中单个MPC可增殖形成完整分生组织（>53次分裂），而Kyn处理或CrTAA1突变体中细胞分裂事件显著减少（<20次）。12小时间隔的细胞分裂图谱显示，正常转换过程中分裂活动逐渐局限于MPC谱系，而抑制生长素生物合成则导致分裂模式紊乱。
雄性向雌雄同体转换过程中CrTAA1的动态表达模式
系统发育分析确认CrTAA1（Ceric.10G039800）是拟南芥TAA1直系同源基因。qPCR显示CrTAA1在雌雄同体中的表达量从5DAG起显著高于雄性。pCrTAA1::H2B-GFP报告基因显示，在性别转换初期（3DAT），CrTAA1表达特异性出现于新生分生组织起始位点，随后（9DAT）局限于分生组织缺刻中心，与DR5信号模式高度重合。
稳定基因编辑证明CrTAA1在性别转换和分生组织形成中的关键作用
两个CrTAA1 CRISPR突变体（crtaa1-1和crtaa1-2）在exon1分别产生移码突变，导致蛋白提前终止。突变体在无雄器素条件下无法完成性别转换（90%以上保持雄性状态），且缺乏新生分生组织形成。YUC家族抑制剂yucasin处理产生类似表型，证实TAA1-YUC通路在蕨类性别决定中的保守功能。
讨论
本研究首次揭示局部生长素生物合成是蕨类配子体性别转换的“分子开关”。去除雄器素后，CrTAA1介导的生长素最大值通过激活MPC谱系驱动分生组织从头发生，该机制与苔藓（Marchantia）和种子植物的分生组织调控具有进化保守性。DR5信号在雌性器官（颈卵器）的持续表达提示生长素可能同时调控配子体性器官分化，这为理解陆生植物生殖策略进化提供了新视角。
