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。該研究報道了一個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)機制，證實VvMADS39對葡萄花分生組織的維持及在胚珠發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用。
無核葡萄由于其使用方便，釀酒制干快捷等優(yōu)勢性狀，已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展及育種研究的熱點方向。目前存在的問題是關(guān)于葡萄無核基因、無核性狀形成的分子機理及其調(diào)控路徑等重要科學(xué)問題仍不清楚。因此，挖掘葡萄無核基因并闡述其調(diào)控機理，對于通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育無核葡萄新品種、創(chuàng)建無核葡萄新種質(zhì)，具有重要的理論和育種實踐意義。
該研究通過前期有核葡萄紅地球與無核葡萄森田尼雜交后代分離群體，在胚珠發(fā)育不同時間點混合庫的轉(zhuǎn)錄組中獲得差異表達(dá)基因。在此基礎(chǔ)上，對篩選到的其中一個MADS-box家族的VvMADS39基因進行進一步的功能驗證及其發(fā)育調(diào)控機制的研究，獲得的主要結(jié)果如下：
在胚珠發(fā)育過程中，VvMADS39在無核白胚珠中持續(xù)的活躍表達(dá)可能在胚珠敗育過程中發(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基因在番茄中過表達(dá)后，轉(zhuǎn)基因株系的果實、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進行定向突變，基因編輯株系會產(chǎn)生缺陷的花和果實，說明該基因在維持花分生組織特性、果實和種子發(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），雙分子熒光互補實驗（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），雙熒光素酶報道（Luciferase assay）及凝膠遷移實驗（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，并有助于無籽果實的形成。
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：U1603234）重點項目“葡萄無核性狀基因發(fā)掘及其調(diào)控機理”資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.15907
