近日，園藝學(xué)院/作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室蘿卜遺傳育種團隊在Journal of Integrative Plant Biology期刊發(fā)表了題為“RsLBD3 Regulates the Secondary Growth of Taproot by Integrating Auxin and Cytokinin Signaling in Radish (Raphanus sativus L.)”的研究論文。該研究率先揭示了RsLBD3轉(zhuǎn)錄因子通過整合細胞分裂素與生長素信號途徑調(diào)控蘿卜肉質(zhì)根次生發(fā)育的分子機制。

蘿卜是十字花科蘿卜屬重要的根菜類蔬菜作物，其肉質(zhì)根由維管形成層不斷分裂分化而來。蘿卜維管形成層活性直接關(guān)系到肉質(zhì)根形成膨大，影響其產(chǎn)量和商品價值。植物特異性LBD（LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN）基因家族是參與調(diào)節(jié)植物側(cè)生器官發(fā)育的重要轉(zhuǎn)錄因子，但LBD基因在蘿卜肉質(zhì)根次生發(fā)育中的生物學(xué)功能及其調(diào)控機制仍不明確。

該研究通過InDel-GWAS在蘿卜Chr.1染色體上鑒定到肉質(zhì)根根型調(diào)控候選基因RsLBD3。自然變異分析顯示，RsLBD3序列C端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)存在2個InDel，其中Insertion³⁶³可增強RsLBD3轉(zhuǎn)錄激活能力（圖1）。結(jié)合GWAS數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)RsLBD3^Ins-363單倍型根長和根重顯著高于RsLBD3^Del-363單倍型。

圖1RsLBD3基因自然變異與蘿卜肉質(zhì)根根型性狀顯著相關(guān)

RNA原位雜交與表達分析表明，RsLBD3在肉質(zhì)根維管形成層高度表達，RsLBD3啟動子活性受細胞分裂素快速誘導(dǎo)。進一步功能分析發(fā)現(xiàn)，RsLBD3沉默后蘿卜維管形成層活性基本喪失，肉質(zhì)根無法正常膨大，而外源細胞分裂素處理可部分挽救RsLBD3沉默表型。通過酵母單雜交、雙熒光素酶報告系統(tǒng)與EMSA發(fā)現(xiàn)RsLBD3通過RsARF5-RsWOX4模塊介導(dǎo)的生長素信號途徑與細胞周期蛋白RsCYCD3-1調(diào)控肉質(zhì)根維管形成層活性（圖2），并通過A型反應(yīng)調(diào)節(jié)因子RsRR7b負反饋細胞分裂素信號。

圖2 RsLBD3正向調(diào)控RsARF5、RsRR7b與RsCYCD3-1表達

此外，綜合利用酵母雙雜交、雙分子熒光互補與LCA分析篩選到RsLBD3的互作蛋白RsTCP14。RsTCP14表達也受到細胞分裂素的快速誘導(dǎo)，進一步通過雙熒光素酶報告系統(tǒng)與EMSA分析發(fā)現(xiàn)RsTCP14可提高RsLBD3對靶基因的結(jié)合能力（圖3）。綜上所述，本研究揭示了RsLBD3是調(diào)控蘿卜肉質(zhì)根形態(tài)建成的關(guān)鍵基因，并為蘿卜肉質(zhì)根根型性狀遺傳改良提供了有利等位基因。

圖3 RsLBD3整合細胞分裂素與生長素信號調(diào)控肉質(zhì)根維管形成層活性模式圖

園藝學(xué)院/作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新利用全國重點實驗室已畢業(yè)博士董俊輝（現(xiàn)于廣東省農(nóng)科院果樹研究所工作）為論文第一作者，柳李旺教授為通訊作者，蘿卜遺傳育種團隊王燕副教授和徐良副教授、澳大利亞西澳大學(xué)Chen YL教授也參與了這項研究。該研究得到了江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項目[JBGS(2021)071]、國家自然科學(xué)基金（32172579）、江蘇省重點研發(fā)計劃（BE2023366）和江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[CX (23)1013]等項目的資助。

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