福建省農(nóng)科院果樹研究所枇杷育種團隊和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林順權(quán)團隊聯(lián)合在《園藝研究》（Horticulture Research）發(fā)表題為“EjBZR1 represses fruit enlargement by binding to the EjCYP90 promoter in loquat”的研究論文，解析EjBZR1通過影響油菜素內(nèi)酯生物合成通路調(diào)控枇杷細胞膨大與果實大小的機制。
枇杷“秋萌冬花，春實夏熟”，是起源于中國的薔薇科蘋果屬常綠果樹。枇杷在春末夏初水果淡季應(yīng)市，果實不但美味可口，更是人們補充類胡蘿卜素、三萜酸、黃酮等生物活性組分的重要來源。果實大小是保障果業(yè)發(fā)展的重要農(nóng)藝性狀，果實小等因素影響產(chǎn)量與品質(zhì)，不但降低種植效益，還制約枇杷果品供給與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。雖然番茄、水稻等一年生植物果實大小的調(diào)控研究已得到長足發(fā)展，但人們對枇杷在內(nèi)的多年生植物果實生長的分子調(diào)控機制還知之甚少。
項目組首先對枇杷屬13份資源（8個野生種和5份栽培枇杷）的果實進行解剖分析，發(fā)現(xiàn)細胞大小是影響果實大小的主要因子。隨后，團隊從同一個雜交群體中選擇了果實大小極端差異的兩份材料（ZP44和ZP65）進行果實發(fā)育期的轉(zhuǎn)錄組與細胞變化動態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)EjBZR1和EjCYP90A等差異表達基因與兩份材料果實大小緊密關(guān)聯(lián)，且EjBZR1表達水平與油菜素內(nèi)酯含量負相關(guān)。
Figure.1Relationships among fruit weight and fruit cell characteristics in Eribotrya.
基因表達分析發(fā)現(xiàn)EjBZR1在果實發(fā)育早期高表達，在果實迅速膨大階段表達量維持在較低水平；表達水平與兩份材料果實大小負相關(guān)。利用VIGS技術(shù)，在果實膨大早期抑制該基因表達，可促進細胞及果實增大。在EjBZR1-VIGS處理的果實中，EjCYP90A等油菜素內(nèi)酯合成相關(guān)基因表達水平被上調(diào)。鑒于目前仍無法在枇杷本體上進行遺傳轉(zhuǎn)化研究，團隊隨后在擬南芥上開展了EjBZR1異源表達與表型分析。結(jié)果表明EjBZR1過表達抑制擬南芥葉片、花瓣、果莢等器官以及植株的整體生長。細胞觀察發(fā)現(xiàn)，過表達植株的花瓣細胞明顯變小。同時還發(fā)現(xiàn)，EjBZR1過表達植株中AtCYP90A等8個油菜素內(nèi)酯合成結(jié)構(gòu)基因的表達水平都受到顯著抑制。這些結(jié)果表明EjBZR1是細胞膨大和果實增大的抑制因子，它可能通過油菜素內(nèi)酯合成調(diào)節(jié)生長發(fā)育。
Figure.2EjBZR1functions as a repressor of fruit and organ size development.
EjCYP90A是EjBZR1-VIGS處理中受影響最顯著的潛在下游基因，接下來團隊通過表達相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)它主要在果實膨大期上調(diào)表達，而且表達水平與細胞及果實大小正相關(guān)。VIGS處理抑制該基因表達后，果實的細胞及果實重量都明顯降低。在擬南芥中過表達該基因則促進植株葉片增大。這些結(jié)果表明，EjCYP90A是細胞膨大和果實增大的激活因子。
Figure.3Functions of EjCYP90Ain fruit growth.
為證實EjBZR1是否通過EjCYP90A影響果實大小，團隊克隆了EjCYP90A啟動子，調(diào)控元件分析發(fā)現(xiàn)在EjCYP90A起始密碼子上游-178 bp ~-183 bp 和 -1717~-1722 bp 各有一個油菜素內(nèi)酯響應(yīng)元件（BRRE元件，CGTGT/CG）。雙熒光素酶報告試驗表明EjBZR1可抑制EjCYP90A表達，酵母單雜交進一步表明它可以結(jié)合到BRRE2元件上。
Figure.4Direct targeting of EjCYP90A by EjBZR1.
該調(diào)控通路的解析為從細胞膨大角度調(diào)控枇杷果實大小提供了新的靶標，為改良果實及其他農(nóng)作物籽粒等產(chǎn)品器官大小、提升作物產(chǎn)量提供分子育種靶標；為合理使用生長調(diào)節(jié)劑及減少生長調(diào)節(jié)劑在果品生產(chǎn)中的使用量提供新的基因資源，為環(huán)境友好型農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供新思路。以上研究由我院果樹研究所枇杷育種團隊與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林順權(quán)課題組合作完成。
