酸浆属AP2类转录因子调控果实大小的进化发育研究

作为重要的农艺性状，果实与人类生活息息相关。酸浆属植物是新兴的果蔬作物，其浆果大小也是重要的驯化性状之一。通过cDNA-AFLP分析，我们找到一个可能影响酸浆植物浆果大小的基因，它编码一个典型的AP2／ERF类转录因子。研究结果显示它的表达量在花与果实发育过程中呈明显上调趋势，尤其是在受精以后的浆果发育阶段；而且其表达量与浆果大小呈明显正相关。这些结果表明它是果实发育的一个正调控因子，可能参与酸浆植物浆果大小的调控和进化。AP2／ERF类转录因子虽广泛参与植物的生长发育及对外界胁迫的反应，但其对果实大小调控尚未见报道。因此，本项目拟针对该转录因子进行组织表达特异性、亚细胞定位等分子生物学特性鉴定；比较分析该基因序列在浆果大小不同的酸浆植物中的变化；通过转基因实现对它的功能研究，从而揭示AP2／ERF类转录因子调控浆果大小的分子机制，初步理解它在浆果大小进化发育中的招募原理。

茄科（Solanaceae）酸浆属（Physalis）一些植物的果实药食同源。在粘果酸浆（Physalis philadelphica）种内，花、果实和种子的大小变化丰富，而其遗传调控机制却未知。Physalis Organ Size 1 (POS1)编码一个全新的同时具有两个CRF结构域和两个AP2结构域的基因，而且在粘果酸浆种内POS1的表达正调控生殖器官的大小。POS1主要表达在花原基，各轮花器官中，尤其是在子房，发育着的果实和种子中高表达。遗传连锁分析发现POS1的表达可以解释大约60-70%的花、果实和种子大小的变化；从而说明POS1是一个控制生殖器官大小变化的主效基因。敲除POS1后转基因植株由于细胞变小，而导致花和果都变小；相反地，超表达POS1后转基因植株细胞变大，导致花各轮器官果实和种子都变大。但是，在所有转基因植株中细胞数目都未发生变化。POS1基因的第一个内含子在区分这些不同种源的粘果酸浆中扮演着重要角色。大、中、小组粘果酸浆POS1基因的第一个内含子中分别含有1个、2个和3个37bp的串联调控序列。进一步的实验证明这个粘果酸浆型的37bp调控序列可以有效地增强基因的表达，但是多个串联重复就会减弱基因的表达。我们的研究揭示了一个由于内含子调控区变异导致调控基因自身表达量改变，从而在粘果酸浆生殖器官大小自然变异中发挥重要作用的新机制。POS1基因在酸浆属高产新品种培育中具有重要应用前景。. 以上研究结果于2014年7月发表在Nature Communications期刊上（ISSN：2041-1723，IF5-year：11.023），该项目的申请人王丽为第一作者。同时针对POS1基因和其第一个内含子中的调控序列分别申请了两个专利。