Fruit Res 精选2023 | 西北农林科技大学徐凌飞团队揭示梨B类MADS-box基因PbTM6调控雄性不育的生理途径

MADS-box基因家族广泛的参与开花植物的生长和发育, B类MADS-box家族基因控制着花瓣和雄蕊的分化,在拟南芥中缺失APETALA3（AtAP3）, PISTILLATA（AtPI）会导致花瓣向萼片转化，雄蕊向心皮的转化。沉默番茄中的TAP3  （Tomato AP3）会导致花瓣和雄蕊的同源异形的转化和单性结实现象。除TAP3 之外，番茄的B类MADS-box家族基因还拥有TM6（Tomato MADS-box protein 6），RNA干扰TM6 的功能导致花器官雄蕊的缺失。与拟南芥和番茄不同的是，苹果果实是由于花托和子房发育成的假果，沉默MdPI 能够导致苹果花瓣转化为萼片，雄蕊会转化为柱头，并产生单性结实现象，过表达MdPI 会导致花瓣完全转化为萼片，产生扁平果实。B类MADS-box家族基因对花器官发育的作用较为复杂，而梨中B类MADS-box家族基因TM6 基因对雄性器官发育的影响尚不明确。

2023年1月，Fruit Research 在线发表了西北农林科技大学徐凌飞教授团队题为Overexpression of a pear B-class MADS-box gene in tomato causes male sterility 的研究论文。发现了梨中B类MADS-box成员PbTM6在调控雄性不育方面的功能并解析了潜在机制。

前期对赤霉素诱导的无籽梨形成机理的研究中发现，两个B类MADS-box PbTM6a  和PbTM6b受赤霉素的诱导且伴随着无籽梨的发育呈现下调表达的趋势。组织定位发现PbTM6a和PbTM6b在雄蕊和花瓣中高表达，并通过保守结构域比对和进化树分析，确定两者为B类MADS-box。在番茄中异源过表达PbTM6a 导致种子数量和种子大小显著减少（图3）。通过细胞学分析发现，过表达PbTM6a 没有改变番茄生殖器官的分化，但是转基因番茄的花粉囊间有较强的结缔组织和子房中膨大的胎座，可能影响授粉和种子发育。进一步通过正反交实验确定PbTM6a 过表达株系种子的减少是由于花粉活力和花粉萌发能力的减弱。

图3 转基因番茄株系的表型分析

利用 TTC染色（triphenyl tetrazolium chloride）和花粉粒活体萌发实验表明了PbTM6a 过表达产生了花粉活力弱的花粉粒，且具有较弱的花粉萌发力（图5），通过扫描电镜观察到PbTM6a 过表达的花粉粒表面干瘪，且缺失了正常的花粉粒形态。通过对转基因雄蕊激素含量的测定，发现转基因中显著降低的IAA，JA和GA3参与了PbTM6a 影响雄性不育的进程。综上，本研究发现了梨B类MADS-box家族基因PbTM6a 能够通过调控下游激素途径影响花粉的育性，从而导致雄性不育。

图5 TTC染色和花粉粒活体萌发鉴定花粉活力

西北农林科技大学博士研究生张海奇和硕士研究生韩玮为该论文的共同第一作者，西北农林科技大学园艺学院徐凌飞教授和王志刚副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了现代农业（梨）产业技术体系CARS-28（China Agriculture Research System）资助

原文链接：

https://doi.org/10.48130/FruRes-2023-0001

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About Fruit Research

Fruit Research 是一本开放获取的国际期刊，致力于传播果树研究领域的最新进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述和方法和观点。目前期刊已被Scopus、DOAJ、CABI等数据库收录。

期刊官网：

www.maxapress.com/frures

投稿网址：

mc03.manuscriptcentral.com/frures

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