近日，Scientia
Horticulturae在线发表了沈阳农业大学林学院祝朋芳教授课题组题为The
vascular development-related transcription factor BoSCR participates in leaf
development by regulating BoPIN1 expression in ornamental kale的研究论文。https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113540叶片不仅是植物中不可或缺的营养器官，在一些植物中还具有重要的观赏价值。羽衣甘蓝（Brassica
oleracea var. acephala）是十字花科芸薹属二年生观叶植物，其丰富多样的叶形，是羽衣甘蓝重要的观赏性状之一。深入研究羽衣甘蓝叶片发育和形态建成的调控机制对羽衣甘蓝新品种选育具有理论指导作用。本研究通过挖掘课题组前期的BSA-seq数据，根据功能注释发现了一个GRAS家族转录因子SCARECROW（SCR）。首先对BoSCR进行了克隆和序列分析，并通过本体植物遗传转化探明了BoSCR的功能，随后利用以转录因子为中心的酵母单杂交技术鉴定了BoSCR的结合基序，最后找到了受BoSCR调控的下游靶基因。1、 1.BoSCR基因在‘S0835’中因为内含子保留导致了氨基酸提前终止编码在简单叶脉自交系‘S0835’和复杂叶脉自交系‘F0819’中进行了克隆和序列比对，发现BoSCR基因在‘S0835’中因为内含子保留导致了氨基酸提前终止编码。进化树和蛋白保守性分析显示BoSCRF0819蛋白与十字花科的野甘蓝（B.
oleracea）、欧洲油菜（B.
napus）、花椰菜（B.
cretica）的亲缘关系最近，且其结构域在芸薹属植物中高度保守。2、过表达BoSCRF0819影响‘S0835’维管束的发育和叶片形态构建了BoSCRF0819基因的过表达载体，在简单叶脉自交系‘S0835’中稳定转化。 经鉴定，一共获得7株转基因植株。通过表型观察、叶片形态相关指标的测定和石蜡切片观察发现，过表达植株表现出维管束横截面积增大、叶面积增大、主脉和二级侧脉夹角增大、叶片长宽比减小的特征。3、鉴定得到5个BoSCRF0819可以结合的顺式作用元件利用以转录因子为中心的酵母单杂交（TF
centered-Y1H）技术筛选DNA随机序列文库，鉴定到5个BoSCRF0819可结合的顺式作用元件。分别是脱落酸响应元件ABRE（5’-ACGTG-3’）、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif（5’-CGTCA-3’）、生长素响应元件TGA-element（5’-AACGAC-3’）、分生组织表达元件CAT-box（5’-GCCACT-3’）和赤霉素响应元件P-box（5’-CCTTTTG-3’）。图3 BoSCRF0819结合顺式元件的筛选与检测4、BoSCRF0819直接增强了BoPIN1S0835基因的表达通过检测过表达植株中与叶片和维管束发育相关的6个基因表达量，发现BoPIN1S0835表达量上调最高。随后通过克隆发现BoPIN1S0835启动子区域有BoSCRF0819可结合的顺式作用元件。利用酵母单杂交和双荧光素酶实验证明了 BoSCRF0819可以直接激活 BoPIN1S0835的转录活性。图4 BoSCRF0819直接激活BoPIN1S0835的表达BoSCR通过其保守的GRAS结构域在羽衣甘蓝中与叶片形态的调控密切相关。‘S0835’品种中的BoSCR基因由于可变剪接导致内含子保留，产生了一个截短的BoSCR蛋白，进而影响了其在叶脉发育中的功能。这种蛋白质的截短可能破坏了BoSCR的正常功能，导致了简单的叶脉模式。通过过表达‘F0819’的BoSCR等位基因，转基因羽衣甘蓝展现出更大的叶面积、更宽的叶片和叶脉维管束，以及更大的中脉与侧脉分支角度，进一步证实了BoSCR在叶片形态形成中的重要作用。此外，BoSCR能够通过结合BoPIN1的启动子来正向调控其转录。这些结果为进一步探究植物维管系统如何影响羽衣甘蓝叶片形态提供了重要基础。论文第一作者为沈阳农业大学林学院在读博士生金航标，祝朋芳教授为通讯作者，青年教师冯馨、在读博士生刘洋、张雨婷也参与了此项研究。感谢沈阳农业大学王玉成教授提供含有随机DNA序列的酵母猎物文库菌株。该研究得到了国家自然科学基金（32171850）、中央引导地方科技发展专项（2023JH6/1001009）以及沈阳市科技计划项目（22-318-2-02）的资助。通讯作者：祝朋芳，女，沈阳农业大学林学院教授，博士生导师。
团队研究方向：主要从事羽衣甘蓝新品种选育理论、实践与应用。经20余年的亲本自交纯化、杂交配组、品种比较试验，辽宁省非主要农作物品种备案等过程，已自主选育出了在观赏性和抗逆性方面均表现优良的羽衣甘蓝F1新品种。这些优良品种的推广应用有利于加速羽衣甘蓝F1杂交种的国产化进程。
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