陕西
近日，美国佐治亚大学应用与遗传技术研究中心的Esther van der Knaap教授团队在New Phytologist上发表了题为A combinatorial TRM-OFP module bilaterally fine-tunes tomato fruit shape的研究论文，揭示了TRM-OFP模块精细调控番茄果实形状的复杂网络，为深入解析植物果实形状调控机制奠定基础，也为植物果形的分子育种提供理论依据与基因资源。
番茄果实形状是重要的外观和商品性状，现代栽培番茄的果实形状变异丰富。van der Knaap教授实验室前期研究表明，番茄OFP家族蛋白OVATE和OFP20可以分别与微管相关蛋白TRM5的M8结构域互作形成TRM-OFP复合体，进而调控番茄果实形状。番茄基因组中，含有M8结构域的TRM蛋白有两个分支：含有TRM3/4和TRM5的Subclade I和含有TRM17/20a和TRM19的Subclade II（图1A）。然而，M8结构域介导的TRM-OFP互作调控果形的功能需要在番茄体内进一步证实。另一方面，番茄中的其他TRM蛋白，尤其是Subclade II的TRM，是否具有调控果形的功能仍不清楚。
该研究利用CRISPR/Cas9技术在番茄野生种LA1589中创制了TRM5和TRM3/4的功能缺失突变体，并将TRM5和TRM3/4的功能缺失等位基因（t5和t3）引入OVATE与OFP20功能缺失双突变体o/s背景中，创制了o/s/t3和o/s/t5三突变体以及o/s/t3/t5四突变体。通过对果形相关指标分析发现，TRM5和TRM3/4在调控番茄果实伸长方面具有加性效应（图1B）。
作者还筛选出了特异破坏TRM5和TRM3/4 M8结构域的突变等位基因TRM5M8和TRM3/4M8，以在番茄体内确认M8 结构域介导TRM-OFP互作及其调控果形的功能（图1C和D）。OVATE分别与TRM5M8或TRM3/4M8在烟草叶片表皮细胞中的共定位结果说明，TRM5M8和TRM3/4M8几乎不能与OVATE发生蛋白互作。在LA1589中，单突变t3M8或t5M8以及双突变t3M8/ t5M8均不能导致果形的显著变化，但在o/s中引入t3M8和t5M8会稍微强化果实伸长的表型（图1D）。以上结果说明，M8结构域也可以在番茄体内介导TRM-OFP的互作。该结果同时暗示M8结构域的in-frame突变会破坏OFP蛋白对TRM蛋白在细胞中的重定位，使更多的TRM蛋白定位在微管中，从而促进番茄果实的伸长（图1D）。
图1 TRM-OFP模块调控番茄果实形状
通过对Subclade II中TRM19和TRM17/20a功能缺失突变体的表型分析发现，TRM19和TRM17/20a可以协同调控番茄果实的伸长，其中以TRM19在调控番茄果实伸长中的功能较为显著（图1E）。另外，作者还创制了TRM19与TRM5的双突变体t5/t19并在遗传上验证了两个分支的TRM蛋白在调控番茄果形方面具有相反的作用（图1F和G）。另外，通过对番茄花和果实全生育期的转录组数据分析发现，该研究中的TRM和OFP蛋白只是TRM-OFP模块调控果形复杂网络的一部分。未来还需要对更多的TRM和OFP的互作及其生物学功能进行深入研究。
佐治亚大学的博士后张碧瑶（现为中科院北京基因组所（国家生物信息中心）助理研究员）、李强（现为河北农业大学园艺学院副教授）和lab managerNeda Keyhaninejad为该论文的共同第一作者，Esther van der Knaap教授为该论文的通讯作者，该实验室博士生Nathan Taitano和Manoj Sapkota以及博士后Ashley Snouffer也参与了该研究。
论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18855
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