近日，华南农业大学园艺学院夏瑞团队在国际期刊 The Plant Journal 上发表了题为The LcTINY-LcbZIP53 Transcriptional Module Orchestrates Seed Size Regulation in Litchi的研究论文
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种子大小是决定荔枝商品价值的核心因素。根据种子的发育程度，荔枝品种通常可分为正常型（大核）、部分败育型（小核）和完全败育型（焦核）和三类。一般而言，焦核率越高，果实可食率越高，经济价值也越高。荔枝种子大小性状的形成既受遗传因素调控，也与环境条件密切相关，但其潜在分子机制仍有待深入解析。近日，华南农业大学园艺学院夏瑞团队在国际期刊The Plant Journal上发表了题为The LcTINY-LcbZIP53 Transcriptional Module Orchestrates Seed Size Regulation in Litchi的研究论文，揭示了LcTINY-LcbZIP53转录模块通过协调激素信号和细胞增殖途径调控种子发育的分子机制，为小核荔枝分子设计育种提供了新思路。
研究人员基于前期获得的野生荔（YSL）和糯米糍（NMC）种子发育不同阶段的转录组数据，结合种子发育性状开展加权基因共表达网络分析（WGCNA），筛选到了一个与种子大小密切相关的候选基因LcTINY。LcTINY属于ERF/DREB转录因子家族，其表达具有明显的品种和发育阶段特异性，且在大核品种‘YSL’中的表达显著高于小核品种‘NMC’，暗示其可能是影响荔枝种子大小的重要调控因子。
功能分析表明，在荔枝中沉默LcTINY会显著降低种子重量和体积，而在拟南芥中过表达LcTINY则可显著增加种子长度和宽度，并促进种皮表皮细胞扩张，说明LcTINY在种子发育过程中发挥正调控作用。为进一步解析LcTINY调控荔枝种子大小的分子机制，研究人员整合DAP-seq、RNA-seq与WGCNA数据，锁定了关键下游靶基因LcbZIP53。结果发现，LcbZIP53与LcTINY在荔枝种子发育过程中呈现高度一致的表达模式，且二者在功能上具有协同性。LcTINY能直接结合LcbZIP53启动子上的保守顺式作用元件，并激活其转录表达。此外，胚透明化实验表明，LcTINY和LcbZIP53均能促进早期胚乳增殖和后续胚胎发育，从而协同调控种子发育。
转录组分析进一步表明，LcTINY和LcbZIP53共同影响多条与激素信号转导和细胞发育相关的通路。两者被沉默后，多个与生长素、乙烯、细胞分裂素和油菜素内酯相关的响应基因表达发生显著变化，同时细胞分裂、细胞周期和细胞生长相关基因也受到抑制，说明LcTINY-LcbZIP53模块通过协调激素调控与细胞扩增促进荔枝种子发育。
最后，研究还发现LcTINY-LcbZIP53调控模块在无患子科植物中具有较高的进化保守性，说明该模块不仅在荔枝中发挥重要作用，也可能是相关物种种子发育中的保守调控机制。综上，该研究鉴定了荔枝种子大小调控的关键模块LcTINY-LcbZIP53，为解析荔枝小核形成机制提供了新的分子依据，也为优质小核荔枝品种培育提供了重要理论支撑。
图 LcTINY-LcbZIP53调控荔枝种子大小的工作模型
华南农业大学博士后秦政为本研究的第一作者。华南农业大学郝彦伟副教授、夏瑞教授和曾灶海实验师为论文通讯作者。华南农业大学基因组学与生物信息学中心为本文数据分析提供了支持。广东省农业科学院果树研究所为相关研究工作的开展提供了荔枝种质资源支撑。华南农业大学刘太波副教授和武汉轻工大学教师熊晗仙在胚胎发育实验相关讨论与技术支持中给予帮助。本研究得到国家重点研发计划、广东省重点领域研发计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70868
