近日，園藝學院/作物遺傳與種質創(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轉錄因子通過整合細胞分裂素與生長素信號途徑調控蘿卜肉質根次生發(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系到肉質根形成膨大，影響其產量和商品價值。植物特異性LBD（LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN）基因家族是參與調節(jié)植物側生器官發(fā)育的重要轉錄因子，但LBD基因在蘿卜肉質根次生發(fā)育中的生物學功能及其調控機制仍不明確。

該研究通過InDel-GWAS在蘿卜Chr.1染色體上鑒定到肉質根根型調控候選基因RsLBD3。自然變異分析顯示，RsLBD3序列C端轉錄激活區(qū)存在2個InDel，其中Insertion³⁶³可增強RsLBD3轉錄激活能力（圖1）。結合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根根型性狀顯著相關

RNA原位雜交與表達分析表明，RsLBD3在肉質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。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模塊介導的生長素信號途徑與細胞周期蛋白RsCYCD3-1調控肉質根維管形成層活性（圖2），并通過A型反應調節(jié)因子RsRR7b負反饋細胞分裂素信號。

圖2 RsLBD3正向調控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，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對靶基因的結合能力（圖3）。綜上所述，本研究揭示了RsLBD3是調控蘿卜肉質根形態(tài)建成的關鍵基因，并為蘿卜肉質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控肉質根維管形成層活性模式圖

園藝學院/作物遺傳與種質創(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]、國家自然科學基金（32172579）、江蘇省重點研發(fā)計劃（BE2023366）和江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[CX (23)1013]等項目的資助。

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