近日，華中農業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗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基因調控生菜葉卷曲性狀的遺傳和分子機理。

 

　　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)直接關系到其感官品質。通過一個葉卷曲的生菜品種和一個葉平整的生菜品種雜交，構建了葉卷曲表型的遺傳分離群體（圖1）。遺傳定位發(fā)現該群體中的一個葉卷曲主效QTL是LsKN1基因。通過互補實驗和CRISPR/cas9敲除實驗驗證了該基因調控葉卷曲。LsKN1基因在不同遺傳背景下，可引起不同葉形變化。實驗室前期研究結果表明，該基因的上調表達還導致生菜結球（Yu et al., 2020） 和掌狀缺刻（Wang et al., 2022）。LsKN1基因通過不同的分子信號途徑調控不同的性狀，并在不同的遺傳背景下出現不同的表型。本研究發(fā)現LsKN1影響細胞分裂素（CK）和赤霉素（GA）的合成和降解途徑的關鍵基因，提高了生菜葉片中CK含量并降低了GA含量，導致細胞面積變大、細胞數量增多、次級葉脈變細密，葉脈細胞和葉肉細胞發(fā)育紊亂，最終導致卷曲葉片的形成（圖2）。

 

　　卷葉品種中LsKN1基因的上調表達是由第一個外顯子上一個CACTA轉座子的插入導致的。在本研究的遺傳轉化過程中，偶然獲得了3株CACTA轉座子發(fā)生轉座的突變體，這3個突變體的表型由卷葉恢復為平葉，再次證明了LsKN1基因中CACTA轉座子的插入是卷曲葉片形成的致變因子（圖3）。該研究內容進一步豐富了葉發(fā)育理論，并為生菜遺傳育種提供理論支持。

 

　　本研究由華中農業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室萵苣研究團隊完成，博士研究生賈越為第一作者，匡漢暉教授和余長春副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金的資助。

 

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