廣東
近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院張飛教授課題組在Current Biology期刊上發(fā)表題為“Thorn specification in citrus plants by an SHI/STY family transcription factor”的研究成果。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)柑橘團(tuán)隊(duì)已出站博士后鄭慶游（現(xiàn)巴黎薩克雷大學(xué)博士后）為該論文第一作者，張飛教授為通訊作者。
該研究通過嫩刺-嫩莖桿的比較轉(zhuǎn)錄組分析和CRISPR-Cas9基因編輯篩選，鑒定出一個SHI/STY家族轉(zhuǎn)錄因子TI3。在枳橙中敲除TI3基因后，突變體葉腋處的枝刺完全轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫^續(xù)生長的側(cè)枝或休眠芽，證實(shí)
TI3是枝刺發(fā)育的必需基因。進(jìn)一步表達(dá)模式分析顯示， TI3 特異性地在刺分生組織和早期刺原基中積累，而在相鄰的腋芽分生組織中不表達(dá)。
前期研究發(fā)現(xiàn)，CsCEN功能缺失突變體的每個葉腋處，休眠腋芽均異位發(fā)育為刺，表現(xiàn)為“雙刺”表型。本研究通過RNA原位雜交證實(shí)，這些異位發(fā)育的刺中出現(xiàn)了TI3基因的異常表達(dá)。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，CsCEN蛋白與CsFD形成復(fù)合體，直接抑制TI3基因的啟動子轉(zhuǎn)錄活性。關(guān)鍵的遺傳證據(jù)顯示，cscen ti3雙突變體的表型與
ti3單突變體相同，均為“雙分枝”，而非
cscen單突變體的“雙刺”，證明
CsCEN在腋芽發(fā)育中位于
TI3上游。這些結(jié)果表明，CsCEN作為 TI3 的關(guān)鍵上游抑制因子，在空間上限制刺發(fā)育程序的錯誤啟動，從而維持腋芽的發(fā)育潛能。
通過整合ti3突變體轉(zhuǎn)錄組分析與TI3蛋白的DAP-seq結(jié)果，研究明確了TI3調(diào)控枝刺發(fā)育的分子通路。TI3結(jié)合CTAG順式作用元件，特異性激活枝刺身份決定基因TI1和TI2的表達(dá)，TI1/TI2進(jìn)而抑制干細(xì)胞活性關(guān)鍵調(diào)控基因CsWUS的轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致枝刺分生組織干細(xì)胞活性終止和有限生長程序的啟動。此外，TI3還能通過結(jié)合自身3′ UTR區(qū)域的CTAG富集區(qū)，實(shí)現(xiàn)自我正向調(diào)控，促進(jìn)枝刺形成。
研究還揭示了枝刺發(fā)育核心調(diào)控機(jī)制的進(jìn)化保守性。在蕓香科的代表物種如澳指檬、酒餅簕和香吉果中，TI3的同源基因均表現(xiàn)出在枝刺中特異性高表達(dá)的模式，表明這一調(diào)控模塊在蕓香科植物中具有廣泛的保守性。
枝刺是柑橘抵御植食動物的有效防御結(jié)構(gòu)，但在果園中卻增加了管理成本和操作風(fēng)險。該研究首次揭示了控制枝刺發(fā)育的核心轉(zhuǎn)錄開關(guān)TI3，不僅闡明了植物分生組織命運(yùn)抉擇的新機(jī)制，更為柑橘無刺育種提供了明確的分子靶點(diǎn)。通過基因編輯技術(shù)精準(zhǔn)靶向TI3，有望在不影響果樹生長的前提下，定向培育出無刺或弱刺的柑橘新品種，這對于枳、卡里佐枳橙等多刺常用砧木，以及耐黃龍病澳指檬等多刺接穗品種的遺傳改良具有重要的應(yīng)用價值。
柑橘枝刺和腋芽發(fā)育的分子調(diào)控模式圖
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