WOX家族基因SlLAM1調(diào)控番茄復(fù)葉和花器官發(fā)育
WUSCHEL-related homeobox（WOX）家族是一類植物特異的轉(zhuǎn)錄因子，在高等植物的生長發(fā)育如胚胎發(fā)生、側(cè)枝等發(fā)育中發(fā)揮重要的作用。WOX轉(zhuǎn)錄因子屬于同源異型域（homeodomain）超家族，具有約60個氨基酸組成的典型的DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域。根據(jù)已有報道，WOX家族中WOX1同源基因的突變體如煙草lam1、擬南芥wox1 prs雙突變體、矮牽牛maw、蒺藜苜蓿stf和豌豆lath都表現(xiàn)出葉片變窄的表型，說明WOX1基因在調(diào)控葉片中側(cè)軸發(fā)育過程中的保守功能。而WOX1在模式復(fù)葉植物番茄葉片中的作用還未見報道。
為了深入挖掘WOX1基因在復(fù)葉發(fā)育中的多樣化功能，版納植物園熱帶植物資源可持續(xù)利用重點實驗室陳江華團隊以番茄為模式植物，以反向遺傳學(xué)策略對番茄WOX1基因即SlLAM1展開研究。分析顯示：與擬南芥的15個WOX成員一致，番茄的10個WOX成員也可聚為三個亞支：現(xiàn)代支、中間支及古代支。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)獲得現(xiàn)代支中SlLAM1基因的缺失功能突變體sllam1，發(fā)現(xiàn)該突變體呈現(xiàn)出葉片顯著變窄甚至形成針狀結(jié)構(gòu)、花瓣變窄且彼此分離、柱頭輕微開裂或分裂成多個、育性顯著降低等表型。有意思的是，該突變體次級小葉數(shù)目相比野生型明顯減少，隨后通過掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)是小葉起始受到影響導(dǎo)致其數(shù)目減少。進一步選取了野生型和突變體的頂端分生組織進行轉(zhuǎn)錄組測序，總共鑒定到1358個差異表達基因，其中生長素的合成和代謝（YUCCA3和 IAMT1）、極性運輸（PIN）、激素響應(yīng)（SAUR67）等相關(guān)基因均被顯著下調(diào)。此外，葉片極性發(fā)育基因及葉片生長相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子也被大量下調(diào)，這表明SlLAM1可能通過招募這些植物激素和葉片生長相關(guān)基因來共同調(diào)控番茄復(fù)葉發(fā)育進程。該研究揭示了WOX1/ SlLAM1保守的，而又分化的生物學(xué)功能以及其對雙子葉植物葉片結(jié)構(gòu)演變的多效作用。
相關(guān)研究結(jié)果以The WOX family transcriptional regulator SlLAM1 controls compound leaf and floral organ development in Solanumlycopersicum為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany。同期配有法國里昂大學(xué)、法國國家科學(xué)研究中心Michiel Vandenbussche研究員撰寫的題為The role of WOX1 genes in blade development and beyond的評論文章。已畢業(yè)碩士生王超群和助理研究員趙寶林為論文的共同第一作者，版納植物園陳江華研究員和美國俄克拉荷馬州立大學(xué)Million Tadege教授為通訊作者。
番茄基因編輯的sllam1 突變體突變位置及葉表型。(A) CRISPR/Cas9敲除的靶點設(shè)計；該基因具有四個外顯子，用黑色方框表示，兩個靶點分別選在第一個外顯子和第三個外顯子區(qū)域（三角形標(biāo)記）。(B-C) sllam1突變體的突變方式及蛋白結(jié)構(gòu)；紅色為靶點序列，兩個突變體分別為雙等位突變和純合突變。(D) sllam1突變體的葉表型；與野生型相比，突變體的葉片變窄或形成針狀結(jié)構(gòu)。(E) slam1-1突變體的初級小葉數(shù)目增多，次級小葉數(shù)目減少；(F) sllam1突變體在 P3時期未發(fā)生小葉的起始
過表達番茄的SILAM1基因能恢復(fù)煙草lam1突變體的表型
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