重庆大学陈国平团队揭示SlOFP20调控番茄花器官和花粉发育的分子机制

生殖生长是植物生活史中最为关键的阶段，该阶段正常有序的进行是保证物种延续的决定性因素。而花的发育则是植物生殖发育过程中的中心环节。花器官特征的形成和发育受一些关键基因控制，这些基因受到多水平的精细调控，对后期的作物产量和品质形成具有重要作用。番茄（Solanum lycopersicum）是世界上广为栽培的果蔬作物，具有很高的食用价值和药用价值，深入研究其花发育的分子机制对农作物的分子育种具有重要的理论指导作用。

2019年11月Horticulture Research 在线发表了重庆大学生物工程学院陈国平教授课题组题为Overexpression of SlOFP20 affects floral organ and pollen development 的研究论文。本研究以番茄为研究对象，探究了SlOFP20 调控番茄花器官和果实形状以及花粉发育的分子机制。

OVATE family proteins (OFPs)是植物特有的一类转录因子，OVATE 基因是该家族第一个发现的基因，其控制番茄果实的梨形性状。随后在拟南芥、水稻中也发现了该家族基因，研究发现OFPs可能参与调控器官形状和大小、次生细胞壁的形成、维管束发育、果实成熟及品质形成、胚珠发育等过程。自OVATE 基因从番茄中克隆和功能解析以来，鲜有文献报道番茄中其他OFPs家族基因的功能。该研究发现超表达 SlOFP20 影响番茄花器官和果实形状以及花粉发育。超表达效率高的转基因番茄花的形状呈现出“矮胖”和柱头外露表型，该表型导致转基因番茄败育。而且转基因的花粉活力明显低于野生型。此外，超表达效率较低时，转基因番茄能够坐果，果实形状呈扁平状。为了探究这些表型产生的分子机制，该研究发现，SlOFP20 可能与KNOX1和GRAS41形成复合物参与油菜素内酯的信号转导，超表达 SlOFP20 显著降低转基因植株对油菜素内酯的敏感性，油菜素内酯不敏感可能导致转基因株系中油菜素内酯含量升高。另外，积累的油菜素内酯可能降低转基因株系赤霉素的含量。最终改变了转基因番茄植株油菜素内酯和赤霉素信号途径下游细胞分裂、细胞伸长以及花粉发育相关基因的表达水平。该研究表明 SlOFP20 可能通过介导油菜素内酯和赤霉素合成及信号转导途径来调控花器官和果实形状以及花粉发育。

                           

Fig. 1：Morphological changes displayed by SlOFP20-OE transgenic lines.

 

该论文的第一作者为重庆大学博士研究生周升恩。重庆大学生物工程学院陈国平教授和胡宗利教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目的资助。