番茄(Solanum lycopersicum)因具有基因組小、生長(cháng)周期短、自花授粉、果實(shí)發(fā)育特征明顯、轉化體系成熟等優(yōu)勢,已成為果實(shí)類(lèi)(含水果、蔬菜)研究的重要模式植物;同時(shí)番茄也作為水果或蔬菜深受消費者的青睞,具有重要經(jīng)濟價(jià)值。然而,番茄的落花落果特性跟產(chǎn)量具有重大相關(guān)性,在生產(chǎn)實(shí)踐中減少落花落果,提高番茄產(chǎn)量具有重要的意義。
近日,Horticulture Research在線(xiàn)發(fā)表了內蒙古大學(xué)哈達、燕芳團隊和重慶大學(xué)李正國團隊題為T(mén)omato SlBL4 plays an important role in fruit pedicel organogenesis and abscission的研究論文。
BELL 亞家族包含一個(gè)小的 TALE 同源結構盒,存在于所有的陸生植物中,在植物的生長(cháng)發(fā)育中發(fā)揮著(zhù)重要的角色。本課題前期研究發(fā)現下調番茄SlBL4使番茄果實(shí)呈微深綠色,葉綠素含量增加,糖類(lèi)積累增多;進(jìn)一步通過(guò)RNA-seq和ChIP-seq分析發(fā)現SlBL4 參與番茄果實(shí)成熟過(guò)程中葉綠素積累、葉綠體發(fā)育、細胞壁代謝和類(lèi)胡蘿卜素積累 (Yan et al. 2020)。
本研究進(jìn)一步表明,在番茄中干擾SlBL4基因后,轉基因植株果梗離層膨大且果實(shí)提前脫落,分析了SlBL4在番茄開(kāi)花前兩天,開(kāi)花當天和開(kāi)花后2天的花柄離層區表達模式發(fā)現:SlBL4在隨著(zhù)開(kāi)花天數的增長(cháng)表達量逐漸升高。推測SlBL4在番茄果柄膨大和果實(shí)提前脫落過(guò)程發(fā)揮著(zhù)重要作用。
進(jìn)一步對SlBL4的功能研究發(fā)現,結合石蠟切片,樹(shù)脂切片和投射電鏡等顯微技術(shù),SlBL4干擾株系花梗離層區細胞消失,表皮細胞層明顯增多且細胞直徑增大;該研究還通過(guò)RNA-seq分析篩選到與頂端分生組織、生長(cháng)素運輸和信號轉導、細胞壁代謝相關(guān)的差異表達基因;結合ChIP-seq結果和雙熒光素酶實(shí)驗:表明SlBL4蛋白可以激活轉錄因子JOINTLESS, OVATE和生長(cháng)素運輸相關(guān)基因PIN1和LAX3進(jìn)而調控番茄離層區的形成和脫落。
綜上,該研究為明確SlBL4在植物中的功能奠定了基礎,對果柄發(fā)育和脫落的調控機制具有重要參考價(jià)值。研究結果可以為深入闡明果柄發(fā)育和脫落的復雜調控網(wǎng)絡(luò )奠定理論基礎。
內蒙古大學(xué)燕芳博士為第一作者,哈達教授和李正國教授為通訊作者,鄧偉教授、胡國建和張強博士、研究生龔哲浩、馬雪松、于若男和白潤堯參與部分工作。
本研究由國家自然科學(xué)基金和內蒙古大學(xué)高層次人才引進(jìn)項目資助。
參考文獻:Yan F, Gao Y, Pang X, Xu X, Zhu N, Chan H, Hu G, Wu M, Yuan Y, Li H, Zhong S, Hada W, Deng Wei*, Li ZG* (2020) SlBL4 regulates chlorophyll accumulation, chloroplast development and cell wall metabolism in tomato fruit. Journal of Experimental Botany doi.org/10.1093/jxb/eraa272
文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41438-021-00515-0
Fig. 4 The fruit-dropping phenotypes of the SlBL4 RNAi plants.