Hortic Res | 河北农业大学与美国佐治亚大学联合发表植物果实形状分子与遗传调控综述

果实是被子植物中保护种子和帮助其传播的重要器官。依据果实成熟时果皮结构与质地的不同，可分为肉质果（Fleshy fruit）与干果（Dry fruit）。茄科、葫芦科和蔷薇科植物的果实主要为肉质果，其形状是重要的外观和商品性状，在很大程度上影响产量、用途和消费需求。果形整齐一致不仅有利于机械采收，还能降低包装和运输成本，增加商品价值。同时，果实形状也是重要的驯化和选择性状，其多样性为解析果形变异的遗传基础和果形育种提供了便利。虽然在番茄、黄瓜和桃等肉质果实植物中鉴定了很多果形相关QTL和基因，但与拟南芥和水稻相比，其分子与遗传机制知之甚少。

2023年6月，Horticulture Research上线了（Advance Access）河北农业大学蔬菜遗传育种团队联合美国佐治亚大学Esther van der Knaap实验室题为Molecular and genetic regulations of fleshy fruit shape and lessons from Arabidopsis and rice 的综述文章。该综述以番茄、黄瓜和桃为例，总结了肉质果实形状的研究进展，重点描述了植物果实形状调控的保守途径（OFP-TRM 和IQD）和瓜类ACS等基因介导的特异途径。该综述还讨论了肉质果实形状未来的研究方向，为深入研究肉质果实形状的调控机制提供了新见解。

番茄、黄瓜和桃的果实形状变异均较丰富，其中番茄果形调控研究的最为深入。该文章描述了番茄sun和ovate等果形QTL的生物学功能以及它们之间的遗传关系（图1A），阐述了植物激素（生长素Auxin、赤霉素GAs和油菜素内酯BRs）和微管组织（Microtubule organization）在OFP-TRM和IQD途径中的重要作用（图1B）。

图1 番茄果实伸长QTL间的遗传关系（A）和果实形状调控模式图（B）

OFP-TRM和IQD途径是调控番茄、黄瓜和桃等肉质果实形状的保守途径（图2A）。然而，在黄瓜等葫芦科作物中存在着一些特异的果形调控基因和机制（图2A）。比如黄瓜MADS box基因FUL1、YABBY家族基因CRC和乙烯合成途径中的限速酶基因ACS2。目前，OFP-TRM和IQD途径调控肉质果实形状的研究仍然是片段化的，它们是如何整合植物激素和微管组织进而调控细胞分裂和生长等问题仍不清楚。拟南芥和水稻OFP、TRM和IQD家族基因功能与遗传分析发现，OFP、TRM和IQD家族基因在调控器官形状方面分别存在功能冗余性（Redundancy）与差异性（Divergence）。拟南芥和水稻OFP-TRM途径与BRs-GAs以及TON1-TRM-PP2A (TTP) 蛋白复合体存在直接互作关系（图2B）。而IQD基因被认为是整合BRs-auxin和钙信号的核心因子，进而通过影响微管动态和再定位调控细胞和器官形状（图2C）。

图2 黄瓜果实形状（A）和水稻OFP介导的籽粒形状（B）调控模式图以及IQD整合生长素、钙信号和微管的模式图（C）

该综述还讨论了肉质果实形状的未来研究方向。一是利用高分辨率的定位群体、二代测序、基因编辑和计算机模型等现代技术，提高QTL检测、基因克隆和功能研究的效率；二是借鉴拟南芥和水稻的研究成果，挖掘肉质果实OFP-TRM和IQD途径中与激素和微管相关的新成员。以上工作的开展，将有利于加深人们对于肉质果实形状调控机制的认识与理解，进而更好的服务于果实形状的分子育种。

河北农业大学李强副教授和罗双霞副教授为论文共同第一作者，美国佐治亚大学Esther van der Knaap教授、河北农业大学陈雪平教授和申书兴教授为论文共同通讯作者。河北农业大学张丽迎（硕士研究生）、宋利军副教授、轩淑欣副教授、王彦华教授、赵建军教授和美国佐治亚大学博士研究生Qian Feng和Manoj Sapkota也参与了该综述的讨论和文章修改等工作。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad108

转自：“园艺研究”微信公众号

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