中国农业大学博士生第一作者在《PNAS》发表研究成果，揭示番茄膨大背后的分子机制
学术
2025-01-24 23:56
法国
1月23日，中国农业大学园艺学院郭仰东/张娜课题组在《美国科学院院刊》（PNAS）在线发表研究论文“Light signal regulates endoreduplication and tomato fruit expansion through the SlPIF1a-SlTLFP8-SlCDKB2 module”，这项研究揭示了光信号如何通过特定的分子机制影响番茄果实细胞的扩张和大小的一致性，并深入探讨了设施栽培中光照不均对果实发育的影响。该研究指出，番茄果实的成长始于授粉后的子房，经历果实建立、细胞分裂、细胞扩展以及成熟等阶段。果实最终的大小是由细胞的数量和体积共同决定的。其中，核内复制是细胞扩张的关键驱动力，这是一种特殊的细胞周期过程，在此过程中，DNA复制后不再进行分裂，从而导致细胞内的DNA含量加倍，细胞体积增大。此外，研究还发现，光信号不仅为植物提供光合作用所需能量，还在调节植物生长发育方面发挥着重要作用。研究表明，光信号能够抑制细胞的核内复制，进而抑制细胞扩张。具体而言，高表达于果实中的SlPIF1a基因激活了E3泛素连接酶基因SlTLFP8的表达，后者进一步通过调控细胞周期蛋白SlCDKB2来影响细胞周期的进展，促进核内复制的发生。这种机制解释了为何黑暗条件下果实细胞会比光照条件下更大，并且提出了利用光照精准调控以优化番茄生长、提升果实品质和产量的新视角。图2 SlTLFP8受SlPIF1a靶向调控通过SlCDKB2介导的核内复制途径影响果实膨大最后，研究人员还鉴定出一个SlPIF1a突变体株系，该株系因缺失了一段与光受体互作的结构域，使得SlPIF1a蛋白即便在光照条件下也能积累，持续增强果实膨胀。这一发现为进一步理解光信号与植物生长之间的关系提供了新的见解。该论文由中国农业大学园艺学院郭仰东教授和张娜副教授共同通讯，园艺学院已毕业博士生张姣姣（现任职河北科技师范学院）和在读博士生许佳怡为共同第一作者，已毕业硕士生王馨曼（现任职上海市农科院）、已毕业博士生李双桃（现任职北京市农林科学院）和郭禄芹（现任职四川南充市农科院）参与了该研究。中国科学院分子植物科学卓越创新中心肖晗研究员、中国农业大学孙亮副教授以及北京市农林科学院蔬菜所宗梅老师在课题研究中给与了指导和帮助。该研究获国家自然科学基金及中国农业大学2115人才培育计划等项目支持。张娜，中国农业大学园艺学院副教授、博士生导师，本博均毕业于中国农业大学。研究生期间曾获教育部“博士研究生学术新人奖”。博士毕业后，受日本学术振兴会资助赴北海道大学开展博士后研究。2017年9月以“优秀人才”引进中国农业大学，加入园艺学院蔬菜系郭仰东教授课题组。主要研究蔬菜生长发育对环境的适应机制，在PNAS、Advanced Science、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology、the Plant Journal等主流国际期刊发表论文十余篇。
