花是被子植物进行有性生殖以及形成果实和种子的关键器官，其正常发育直接影响果实的品质和产量。花器官原基的形成始于花分生组织（FM）中的干细胞，这些干细胞逐步分化形成萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊。FM中干细胞活性的维持依赖于WUSCHEL（WUS）-CLAVATA3（CLV3）负反馈调节通路。在拟南芥中，当雌蕊原基形成后，C2H2型锌指蛋白KNUCKLES（KNU）通过直接抑制WUS和CLV3的表达，及时终止FM的活性，从而保证花的正常发育。由于番茄（Solanum lycopersicum）中的SlKNUCKLES（SlKNU）与AtKNU同源，因此SlKNU是否具有与AtKNU相似的功能，以及它是否也能影响SlWUS-SlCLV3反馈调节通路，从而调控番茄FM的活性，有待进一步研究。
2024年12月，Horticulture Research 在线发表了南京大学孙博团队题为SlKNUCKLES regulates floral meristem activity and controls fruit size in Solanum lycopersicum的研究论文。
本研究通过观察利用Crispr-Cas9方法创制的Slknu突变体的花与果实表型，发现突变体每轮花器官器官数目较野生型明显增多，且突变体果实子房数目增多、体积变大。
图1 番茄突变体CR-slknu的花和果实表型
结合相关的分子生物学实验，本研究发现SlKNU在花发育早期的FM以及后期的胚珠中表达，这与拟南芥中AtKNU的表达模式类似。RT-qPCR以及原位杂交实验结果显示，SlKNU能够抑制SlWUS和SlCLV3的表达。
图2 SlKNU对SlCLV3和SlWUS表达的抑制
此外，本研究还进一步探讨了SlKNU与AtKNU的功能保守性。通过构建pAtKNU:SlKNU-eGFP载体，并将其转入拟南芥knu-2突变体中，获得了knu-2 pAtKNU-SlKNU-eGFP转基因拟南芥。结果显示，转基因植株无论是雌蕊还是雄蕊的表型都完全得以回复，类似野生型，这表明了SlKNU与AtKNU具有进化上的功能保守性。
图3 pKNU:SlKNU-eGFP可完全回复knu-2的花表型
南京大学的文钟灵副研究员和孙博教授为该论文的共同通讯作者。博士生李东保、杨文为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
Hortic Res | 云南农业大学杨建立/范伟团队揭示番茄抗酸铝分子调控新机制
https://doi.org/10.1093/hr/uhae290
Hortic Res | 中山大学谢若瀚课题组揭示水氮扰动下根际微生物群落组装与番茄多重养分特征的关联机制
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