《Frontiers in Plant Science》：REM genes controlling phyllotaxis and yield: bridging findings from Arabidopsis thaliana to Brassica napus
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本研究系統(tǒng)揭示了擬南芥REM家族基因（AtREM34/35/36）通過調(diào)控花序分生組織尺寸和葉序模式影響果實數(shù)量的新機制，并通過跨物種功能互補實驗證實其在甘藍型油菜（Brassica napus）中的功能保守性，為作物產(chǎn)量遺傳改良提供了新靶點。
引言
全球人口持續(xù)增長對作物產(chǎn)量提出更高需求，而花序構(gòu)型是決定種子產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。葉序（phyllotaxis）作為花序幾何排列的核心特征，其分子調(diào)控機制尚不完善。近期研究發(fā)現(xiàn)擬南芥REproductive Meristem（REM）基因家族成員AtREM34和AtREM35通過與auxin響應因子ARF7/ARF19互作調(diào)控葉序形成，但同簇基因AtREM36的功能及其在作物中的保守性仍待探索。
材料與方法
研究利用CRISPR-Cas9技術(shù)構(gòu)建atrem36單突變體及雙突變體組合，通過3D量角器分析主莖葉序角度，統(tǒng)計角果數(shù)量。采用JackHMMER和系統(tǒng)發(fā)育分析鑒定甘藍型油菜BnaREM同源基因，通過原位雜交和qRT-PCR驗證表達模式，并利用酵母雙雜交（Y2H）和雙分子熒光互補（BiFC）驗證蛋白互作網(wǎng)絡。
結(jié)果
- 1.
突變體表型分析
雙突變體（如atrem34 atrem35）葉序角度偏離黃金角（137.5°），主莖角果數(shù)量增加約20%，且單角果種子數(shù)無顯著變化（圖1）。
- 2.
BnaREM基因鑒定
在甘藍型油菜中鑒定到6個BnaREM34、2個BnaREM35/36及2個BnaREM37同源基因，其染色體分布部分保留擬南芥基因簇排列特征（圖2）。表達譜顯示這些基因在花序分生組織和花器官中特異性表達（圖3）。
- 3.
功能保守性驗證
BnaREM34-A1/A3可互補擬南芥atrem34突變體的葉序缺陷，BnaREM35/36-A1特異性互補atrem36而非atrem35，而BnaREM37-A1可部分恢復atrem35表型（圖4）。互作實驗表明BnaREM蛋白可形成同/異源二聚體，并與AtARF7/19保守互作（圖5-6），提示auxin-REM通路在油菜中可能具有類似調(diào)控功能。
討論
本研究首次將擬南芥REM基因調(diào)控葉序與產(chǎn)量的機制向作物轉(zhuǎn)化。甘藍型油菜同源基因的功能分化（如BnaREM35/36-A1偏向AtREM36功能）反映了多倍體物種的亞功能化特征。通過靶向編輯多個BnaREM基因以協(xié)同調(diào)控花序構(gòu)型，有望成為提升油菜產(chǎn)量的新策略。
