南京农业大学梅创新团队揭示梅多雌蕊形成的新机制
南京农业大学梅创新团队揭示梅多雌蕊形成的新机制
梅是起源于中国的重要核果类树种。梅枝的曲折多姿，梅花的迎霜斗雪，梅香的清新优雅为古今文人墨客所喜爱，更有“清风千载梅花共，说着梅花定说君”、“孤芳不怕雪霜寒，先向百花头上探春”等咏梅诗词流传至今。根据用途一般可分为花梅和果梅，花梅具有很高的观赏价值，而梅果含酸量高，主要用于加工，具有独特的调味和保健功能。梅的完全花中通常含有一枚发育正常的雌蕊，但许多观赏品种，例如‘大羽’和‘品字梅’等，通常含有多枚雌蕊，虽然在授粉后能够形成果实，但果实发育不良，严重降低了果梅的产量和品质。
近日，PlantPhysiology在线发表了南京农业大学园艺学院高志红团队题为“PmAGL24 contributes to pistil number determination in Japanese apricot (Prunus mume Sieb. et Zucc.) by targeting PmKNAT2/6-a”的研究论文。该研究以单雌蕊梅品种‘龙眼’和多雌蕊梅品种‘大羽’为试验材料，在雌蕊分化的关键时期对梅的多雌蕊现象展开研究，揭示了PmAGL24通过调控PmKNAT2/6-a抑制梅多雌蕊形成的分子机制。
该研究发现I类KNOX基因PmKNAT2/6-a的异源表达会导致拟南芥出现异常的多心皮现象，表明该基因是影响雌蕊数量分化的关键基因。使用酵母单杂交系统筛选到转录因子PmAGL24能够直接结合PmKNAT2/6-a启动子抑制其表达，并通过体内和体外实验验证了该结论。发现PmLHP1能够通过识别H3K27me3的方式抑制PmKNAT2/6-a基因的表达参与梅的雌蕊数量分化。进一步研究发现PmAGL24与PmLHP1存在蛋白间的相互作用，且PmAGL24具有招募PmLHP1的功能。超表达PmAGL24和PmLHP1的梅愈伤组织中H3K27me3修饰水平显著提高，说明PmAGL24和PmLHP1能够在蛋白水平上招募H3K27me3建立修饰。证明了在梅中，PmAGL24可以与PmLHP1形成蛋白复合体在PmKNAT2/6-a启动子上招募H3K27me3建立修饰，抑制PmKNAT2/6-a的表达，以确保梅雌蕊正常的数量分化。
在多雌蕊梅品种中，PmAGL24在雌蕊数量分化初期表达水平较低，不与或少量与PmKNAT2/6-a基因的启动子结合，导致该基因的表达不受限制，形成多雌蕊梅的表型。在单雌蕊梅品种中，PmAGL24在雌蕊数量分化初期表达水平较高，能够通过结合PmKNAT2/6-a启动子的方式直接抑制其表达，也可以通过与PmLHP1形成蛋白复合体招募H3K27me3在PmKNAT2/6-a启动子上建立的方式间接抑制PmKNAT2/6-a基因的表达，从而形成单雌蕊梅的表型。该研究揭示了PmKNAT2/6-a需要不同类型的转录及调控机制共同发挥作用才可以确保雌蕊数量的正常分化，为进一步深入研究李属植物的多雌蕊现象提供理论基础，并对有效促进农业增效和农民增收、助力乡村振兴具有积极意义。
南京农业大学高志红教授和侍婷副教授为该论文的通讯作者，白杨博士为该论文的第一作者，南京农业大学科研助理周鹏羽为该论文的第二作者。南京农业大学农艺师倪照君，博士后黄霄，博士生Kenneth Omondi Ouma、高峰、马成栋，及美国佛罗里达大学Shahid Iqbal博士参与了该研究工作。该研究得到了国家自然科学基金面上项目、江苏省揭榜挂帅项目和江苏省研究生科研创新项目的资助，同时国家园艺种质库果梅杨梅分库提供了植物材料。
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