近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室匡漢暉教授課題組在“Journal of Experimental Botany”雜志上發(fā)表題為“The upregulated LsKN1 gene promotes cytokinin and suppresses gibberellin biosynthesis to generate wavy leaves in lettuce” 的研究論文。該論文闡明了LsKN1基因調(diào)控生菜葉卷曲性狀的遺傳和分子機(jī)理。

 

　　生菜是世界上最受歡迎的蔬菜之一。生菜常被用做色拉、火鍋配菜等，葉片形態(tài)直接關(guān)系到其感官品質(zhì)。通過(guò)一個(gè)葉卷曲的生菜品種和一個(gè)葉平整的生菜品種雜交，構(gòu)建了葉卷曲表型的遺傳分離群體（圖1）。遺傳定位發(fā)現(xiàn)該群體中的一個(gè)葉卷曲主效QTL是LsKN1基因。通過(guò)互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和CRISPR/cas9敲除實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該基因調(diào)控葉卷曲。LsKN1基因在不同遺傳背景下，可引起不同葉形變化。實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果表明，該基因的上調(diào)表達(dá)還導(dǎo)致生菜結(jié)球（Yu et al., 2020） 和掌狀缺刻（Wang et al., 2022）。LsKN1基因通過(guò)不同的分子信號(hào)途徑調(diào)控不同的性狀，并在不同的遺傳背景下出現(xiàn)不同的表型。本研究發(fā)現(xiàn)LsKN1影響細(xì)胞分裂素（CK）和赤霉素（GA）的合成和降解途徑的關(guān)鍵基因，提高了生菜葉片中CK含量并降低了GA含量，導(dǎo)致細(xì)胞面積變大、細(xì)胞數(shù)量增多、次級(jí)葉脈變細(xì)密，葉脈細(xì)胞和葉肉細(xì)胞發(fā)育紊亂，最終導(dǎo)致卷曲葉片的形成（圖2）。

 

　　卷葉品種中LsKN1基因的上調(diào)表達(dá)是由第一個(gè)外顯子上一個(gè)CACTA轉(zhuǎn)座子的插入導(dǎo)致的。在本研究的遺傳轉(zhuǎn)化過(guò)程中，偶然獲得了3株CACTA轉(zhuǎn)座子發(fā)生轉(zhuǎn)座的突變體，這3個(gè)突變體的表型由卷葉恢復(fù)為平葉，再次證明了LsKN1基因中CACTA轉(zhuǎn)座子的插入是卷曲葉片形成的致變因子（圖3）。該研究?jī)?nèi)容進(jìn)一步豐富了葉發(fā)育理論，并為生菜遺傳育種提供理論支持。

 

　　本研究由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室萵苣研究團(tuán)隊(duì)完成，博士研究生賈越為第一作者，匡漢暉教授和余長(zhǎng)春副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erac311