转录抑制子LOOSE FLOWER 1调控蒺藜苜蓿花器官融合的分子机理研究

Organ fusion plays an important role in determining flower morphology and ensuring pollination and reproductive success in higher plants. Medicago truncatula is a model legume，its flowers are zygomorphic and have a specialized floral organ fusion, which form a butterfly-shaped corolla. To elucidate the molecular basis of floral organ fusion in papillionaceous flower, we identified the LOOSE FLOWER 1 (LFL) gene, which is critical in regulating floral organ fusion in medicago, through forward genetics screening. Lack of LFL function in M. truncatula leads to severe defects in sepal, petal and carpel fusion. Moreover, we revealed that LFL encodes a WOX family protein and mainly acts as a transcriptional repressor in regulating floral organ development. In this project, we will further identify the direct targets and interaction partners of LFL to demonstrate the genetic network controlling floral organ fusion, which will enlighten our basic understanding of the mechanism of flower development in higher plants.

器官融合在决定高等植物花器官的形态结构，保证传粉和生殖成功等方面发挥重要作用。蒺藜苜蓿是豆科模式植物，其花为典型的两侧对称蝶形花，具有特异的花器官融合结构。为了研究蝶形花特异性花器官融合的分子机制，我们前期通过正向遗传学的方法克隆了蒺藜苜蓿花器官融合关键调控基因LOOSE FLOWER 1 (LFL)。LFL基因的功能缺失导致萼片、花瓣、心皮等花器官的融合发生缺陷，进一步的研究发现LFL基因编码一个WOX家族转录因子，在调控蒺藜苜蓿花器官融合过程中主要发挥转录抑制子的作用。本项目在此研究基础上，拟通过分离鉴定LFL的转录抑制复合体成员及其下游直接调控的靶基因，揭示转录抑制子LFL调控蒺藜苜蓿花器官融合的作用机制，为阐明高等植物花器官发育的分子调控网络奠定理论基础。

器官融合在决定高等植物花器官的形态结构，保证传粉和生殖成功等方面发挥重要作用。蒺藜苜蓿是豆科模式植物，其花为典型的两侧对称蝶形花，具有特异的花器官融合结构。为了研究蝶形花特异性花器官融合的分子机制，我们前期通过定向筛选花器官发育异常突变体，发现WOX家族基因LOOSE FLOWER 1 (LFL)和STF在蒺藜苜蓿花器官融合中发挥重要作用。本项目在此研究基础上，发现花器官决定C功能基因MtAGa和MtAGb在蒺藜苜蓿心皮融合过程中发挥关键调控作用，进一步通过分子生物学和遗传学分析，发现在stf单突变体以及lfl stf双突变体中MtAGa和MtAGb的表达均显著上调，而花器官融合调控基因LOL1表达水平明显降低，揭示蒺藜苜蓿独特的蝶形花形成受到WOX家族转录因子、花器官决定基因MtAGs以及花器官融合因子LOL1的协同调控。此外，我们研究还发现WOX家族转录因子LFL、STF和HEADLESS在叶片和花器官发育上存在相似的调控机制，上述研究结果为理解豆科植物特异性蝶形花的形态建成，揭示高等植物不同器官融合发育的协同调控机制提供新的研究思路。