近日，The Plant Journal 在線發(fā)表了題為“Role of grapevine SEPALLATA-related MADS box gene VvMADS39 in flower and ovule development”的研究論文。該研究報(bào)道了一個(gè)SEP亞家族的VvMADS39基因，結(jié)合功能研究及其參與的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)機(jī)制，證實(shí)VvMADS39對(duì)葡萄花分生組織的維持及在胚珠發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用。
無(wú)核葡萄由于其使用方便，釀酒制干快捷等優(yōu)勢(shì)性狀，已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展及育種研究的熱點(diǎn)方向。目前存在的問(wèn)題是關(guān)于葡萄無(wú)核基因、無(wú)核性狀形成的分子機(jī)理及其調(diào)控路徑等重要科學(xué)問(wèn)題仍不清楚。因此，挖掘葡萄無(wú)核基因并闡述其調(diào)控機(jī)理，對(duì)于通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育無(wú)核葡萄新品種、創(chuàng)建無(wú)核葡萄新種質(zhì)，具有重要的理論和育種實(shí)踐意義。
該研究通過(guò)前期有核葡萄紅地球與無(wú)核葡萄森田尼雜交后代分離群體，在胚珠發(fā)育不同時(shí)間點(diǎn)混合庫(kù)的轉(zhuǎn)錄組中獲得差異表達(dá)基因。在此基礎(chǔ)上，對(duì)篩選到的其中一個(gè)MADS-box家族的VvMADS39基因進(jìn)行進(jìn)一步的功能驗(yàn)證及其發(fā)育調(diào)控機(jī)制的研究，獲得的主要結(jié)果如下：
在胚珠發(fā)育過(guò)程中，VvMADS39在無(wú)核白胚珠中持續(xù)的活躍表達(dá)可能在胚珠敗育過(guò)程中發(fā)揮作用，并抑制了果皮和珠被細(xì)胞的發(fā)育。相反，在紅地球胚珠中VvMADS39表達(dá)降低與其啟動(dòng)子上組蛋白甲基化修飾H3K27me3的表達(dá)水平增高相關(guān)，可以維持胚珠發(fā)育正常。我們將VvMADS39基因在番茄中過(guò)表達(dá)后，轉(zhuǎn)基因株系的果實(shí)、種子大小和種子數(shù)量均減少。
除此之外，利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)將其在番茄中同源基因SlMADS39進(jìn)行定向突變，基因編輯株系會(huì)產(chǎn)生缺陷的花和果實(shí)，說(shuō)明該基因在維持花分生組織特性、果實(shí)和種子發(fā)育中都發(fā)揮了重要作用。
結(jié)合酵母雙雜交、三雜交技術(shù)（Yeast Two/Three Hybrid, Y2H/Y3H），免疫共沉淀技術(shù)（Co-immunoprecipitation assay, Co-IP），雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)（Bimolecular Fluorescent Complimentary, BIFC）分析發(fā)現(xiàn)VvMADS39與VvAGAMOUS蛋白相互作用。此外結(jié)合酵母單雜交（Yeast One Hybrid, Y1H），雙熒光素酶報(bào)道（Luciferase assay）及凝膠遷移實(shí)驗(yàn)（Electrophoretic Mobility Shift Assays, EMSA）發(fā)現(xiàn)VvMADS39可以被上游BPC轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，同時(shí)VvMADS39-VvMADS21二聚體在種皮發(fā)育中的功能需要激活和維持VvINO的表達(dá)。綜上所述，該研究認(rèn)為VvMADS39參與了葡萄胚珠發(fā)育的網(wǎng)絡(luò)蛋白調(diào)控，并有助于無(wú)籽果實(shí)的形成。
園藝學(xué)院王西平教授為論文的通訊作者，博士研究生張松霖為第一作者。園藝學(xué)院李智副教授、高敏副教授及密歇根州立大學(xué)Steve van Nocker教授參與了該研究。該研究得到NSFC-聯(lián)合基金（編號(hào)：U1603234）重點(diǎn)項(xiàng)目“葡萄無(wú)核性狀基因發(fā)掘及其調(diào)控機(jī)理”資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.15907
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