野生番茄潘那利茸毛形成关键基因/h的分离及其调控机理解析

Plant trichomes are widely-existed cellular structures, which can decrease the damage of insects and virus and serve as an excellent model to study plant cell fate determination. Arabidopsis trichomes， unicellular forms, have been well studied. However, the mechanism of multicellular trichomes in tomato still remains elusive. We have previously identified trichome in wild tomato Solanum pennellii is controlled by a single recessive gene,which is located in IL10-2. Simultaneously, we found h gene was mapped in the same fragment. Therefore, we inferred that trichome gene in Pennellii may be h gene or its allele. In this study,we obtained F2 populations by crossing IL10-2 and M82, h mutant and LA1589 (resequencing material in our lab) and will isolate this gene by map-based cloning.On this basis, combining with Y1H, Y2H, ChIP-seq and transgenic analysis, we will determine the regulators, interacting proteins and downstream targets, comprehensively illustrate the regulatory pathway mediated by h. It is well worthwhile to reveal the regulatory network of multicellular formation in Pennellii and enrich the molecular mechanism of plant cell fate choice.

植物表皮毛广泛存在，能为植物体提供物理和化学抗性从而起到抗虫防病毒的作用，同时也是研究植物细胞命运调控的模式系统。拟南芥表皮毛是典型的单细胞结构，其形成机制较为清楚。而番茄表皮毛作为多细胞结构，其形成机制少有报道。本室前期成功鉴定野生番茄潘那利茸毛形成受隐性单基因控制，且该基因位于IL10-2(Pennellii/M82)，同时发现茸毛基因h位于该区段，因此推测潘那利茸毛调控基因可能就是h基因或其等位基因。本研究利用IL10-2和M82与h突变体和LA1589（本室重测序材料）构建遗传分离群体，利用图位克隆分离该基因并鉴定功能。在此基础上，进一步采用酵母单/双杂交、ChIP-seq等方法筛选该基因的调控因子、互作蛋白以及下游靶基因，并利用转基因分析此类基因的茸毛调控功能，全面解析由其介导的茸毛调控机制。本研究对于揭示潘那利茸毛形成机制以及丰富植物细胞命运调控的分子机制具有重要意义。

表皮毛是植物表皮的一种附属结构，广泛分布于陆生植物的地上部分。表皮毛不仅可以为植物提供物理抗性还可以为植物提供化学抗性。番茄的表皮毛是多细胞的表皮毛，共分为七种类型（分别为I-VII型），其中I，IV，VI和VII型为腺体毛。番茄表皮毛由于其对蚜虫的趋避作用而产生的对病毒病的抗性已经得到许多学者的认可，因此研究番茄表皮毛形成的遗传机理和调控机制具有非常重要的意义。围绕这一问题，我们首先利用180份重测序的番茄核心种质资源（包括162份表皮毛形成正常的资源和18份表皮毛缺失的资源）对调控番茄表皮毛形成的关键基因进行全基因组关联分析，结果发现在第10号染色体的末端有一个调控表皮毛形成的关键因子。以普通栽培番茄为母本，无毛渐渗系IL10-2为父本构建F2分离群体，采用图位克隆的方法最终将目的基因定位在10号染色体59.90Mb到59.94Mb的范围内，该区间共含有四个可能的候选基因。在番茄现有的表皮毛缺失资源中对这四个ORF的多态性进行分析，发现只有ORF3存在突变位点，说明ORF3极有可能为H基因的候选基因。将ORF3在h突变体LA3172中表达能够恢复突变体表皮毛缺失的表型；对其背景材料AC中ORF3的表达进行干涉能够抑制表皮毛的形成。这一结果表明：ORF3即为H基因。生物信息学分析和表达分析表明H基因在进化的过程中在茄科物种中的功能是比较保守的，都能够调控表皮毛的形成。通过构建h和Wo 的双突变体、酵母双杂交和pull-down等实验表明H基因是通过和Wo的互作来调控表皮毛的形成。本研究对于揭示潘那利茸毛调控途径以及植物细胞命运的调控机制具有重要的意义。