https://doi.org/10.1186/s43897-024-00104-4
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近日，Molecular Horticulture在线发表了华南农业大学园艺学院夏瑞课题组的研究性论文，题为 Diversification of FT-like genes in the PEBP family contributes to the variation of flowering traits in Sapindaceae species。该文章利用无患子科植物的基因组（Li et al. 2024）和大量转录组数据分析结合实验验证，揭示了无患子科植物FT基因编码区和启动子区的变异可能是导致无患子科植物开花性状变异的潜在机制。
背景介绍
荔枝（Litchi chinensis）、龙眼（Dimocarpus longan）和红毛丹（Nephelium lappaceum）是无患子科植物重要的经济果树，在全球热带和亚热带地区广泛种植。这些物种的亲缘关系相近，并拥有可食用的假种皮，具有很高的商业价值。尽管它们亲缘关系相近，但它们开花习性并不完全相同。荔枝和龙眼是日中性植物，需要经历较长时间的低温才能确保每年一致的开花。而红毛丹的开花则受到水分胁迫的触发，在干旱季节的两个特定时间段间歇性降雨时开花。龙眼是唯一能够通过氯酸钾（KClO3）诱导成花的木本植物，因此可以实现反季节生产。深入研究这些无患子科果树的开花的分子遗传机制，确保其正常开花并实现高产，对农业生产具有重要意义。
尽管开花的调控机制在模式植物中得到了广泛研究，但是我们对无患子科植物开花了解相对较少。FT 基因是PEBP家族成员，其编码的成花素在植物中起着重要的调控作用。
研究结果
为了研究无患子科植物PEBP蛋白基因的成员及其进化关系，本研究对荔枝、龙眼、红毛丹、无患子、文冠果和倒地铃 6 种无患子科植物进行了全基因组鉴定。在无患子科植物中鉴定出60个具有完整开放阅读框的PEBP蛋白基因（Fig. 1），并分为MFT-like、TFL1-like和FT-like三个主要亚族（Fig. 1）。共线性分析结果显示，FT1 基因在无患子科植物中保持着良好的共线关系，表明其在功能上可能是保守的。
Fig.1 六种无患子科植物PEBP基因家族基因数量的变异
前人的研究结果表明，甜菜FT基因产生促进开花和抑制开花功能分化的原因是由 FT 蛋白的第四外显子B片段编码的外环区域发生变化所导致的。根据无患子科植物FT蛋白第四外显子B片段的氨基酸残基Y134/N134的差异，以及荔枝和龙眼的FT1和FT2在开花调控中的表达相反趋势（Fig. 2），我们推测无患子科中FT1（Y134）是保守的促进开花因子，而FT2（N134）则具有抑制开花的功能。分别将龙眼DlFT1和DlFT2过表达至野生型拟南芥（WT）中，结果显示，DlFT1基因具有促进植物成花的功能；相反，DlFT2基因则表现出抑制开花的作用（Fig. 2），证实了它们在成花过程中的拮抗作用。
Fig.2 无患子科植物FT同源基因在成花诱导中的功能拮抗作用。
由于 FT1 基因是无患子科植物中促进开花的基因，本研究接下来分析了FT1-like 基因的调控序列差异。在无患子科植物FT1的调控序列中鉴定到一段龙眼特异的 321-bp 插入（Fig. 3，用红框标出），且该段插入含有一个CArG-box顺式调控元件（CREs）。位置权重矩阵（PWM）预测显示，与花发育有关的MADS-box转录因子SOC1与该CArG-box可能存在特异性的结合作用（Fig. 3）。龙眼是无患子科植物中唯一一个已知可以通过KClO3诱导开花的果树，推测SOC1可能响应KClO3的处理，并与DlFT1启动子中的物种特异的基序CArG-box结合，调控DlFT1在叶片中的转录，从而促进龙眼开花。
Fig.3无患子科植物FT-like基因启动子序列的保守性分析
本研究进一步研究FT位点的变异对单一物种FT1基因多样性调控的影响。根据我们先前发表的47份荔枝种质的重测序数据，发现LcFT1启动子区域中存在一个含有单核苷酸多态性（SNP）的CArG-box。在该SNP位点（位于LcFT1 ATG上游的1,437个核苷酸处），几乎所有极早熟荔枝品种（EEM）都含有G等位基因，早熟品种（EM）有两种基因型（R表示杂合G/A基因型），而晚熟品种（LM）只有A基因型（Fig. 4）。根据PWM预测，SVP转录因子与A type基序结合的亲和力高于G type基序（Fig. 4）。这表明该位点的变异可能对荔枝的性状和表型产生重要影响。
异源转基因表明，LcSVP9基因的过表达导致转基因拟南芥的开花时间推迟，表明LcSVP9是调控植物开花时间的负调控因子。利用电泳迁移试验（EMSA）和双荧光素酶报告基因实验，研究 -1,437 SNP对LcSVP9和LcFT1启动子之间结合亲和力的潜在影响。结果表明，LcSVP9重组蛋白可与LcFT1启动子的A type基序结合，并对LcFT1具有转录抑制的作用；但不与LcFT1启动子的G type基序相结合，失去了对LcFT1的转录抑制的作用（Fig. 4）。
Fig.4FT1启动子区核苷酸位置-1,437的SNP多态性影响LcSVP9对LcFT1的转录调控。
即荔枝FT1启动子区核苷酸位置-1,437的SNP多态性决定了SVP蛋白（LcSVP9）与其结合亲和性，而LcSVP9作为开花负调控因子导致了LcFT1基因差异表达，可能与调节荔枝的开花时间有关。这一发现为荔枝熟期育种提供了潜在的分子标记。
华南农业大学园艺学院黄幸博士为本论文第一作者，郝彦伟副研究员、夏瑞教授，以及华中农业大学植物科学与技术学院刘元龙副教授为共同通讯作者。本研究得到了广州市科技计划项目（2023A04J1455），广东省重点领域研发计划（2022B0202070003），以及国家自然科学基金项目（#32072547，#332772665）的资助。
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