Hortic Res | 华南农业大学联合重庆大学揭示SlHB8调控番茄绒毡层发育和花粉壁形成的分子机理

番茄是世界范围内广泛种植的蔬菜作物之一，同时也是研究果实发育与成熟调控的理想模式植物。在番茄的露地及设施保护地栽培中常由于高温、低温、弱光等逆境导致花粉败育，严重影响番茄的产量和品质，因此，研究花粉发育的分子机理具有重要的理论和实际价值。HD-zip III家族转录因子主要参与调控茎尖分生组织分化、维管组织形成以及叶片的形态建成等，然而其对花粉发育的调控机制还未见报道。

近日，Horticulture Research上线了（Advance Access）华南农业大学陈日远团队与重庆大学李正国团队合作完成的题为The SlHB8 acts as a negative regulator in tapetum development and pollen wall formation in tomato 的研究论文。该研究揭示了SlHB8通过负向调控绒毡层程序性细胞死亡保守遗传途径DYT1–TDF1–AMS–MYB80成员来影响花粉发育过程中绒毡层的降解以及花粉壁的形成（图1）。

图1 SlHB8调控绒毡层发育和降解的分子网络模型

SlHB8属于HD-zip III转录因子家族，在番茄的花药发育过程中表达量逐渐降低，且呈现了授粉依赖型的表达模式。原位杂交的结果显示SlHB8 在花药的绒毡层和小孢子组织中表达，暗示其对花药的发育以及坐果有调控作用。反向遗传学的结果显示，与野生型相比，SlHB8 早期的超量表达导致花粉的活力降低，座果率降低，且可形成单性结实。SlHB8 基因的敲除则使花粉的活力升高、座果率升高。细胞学切片的观察表明SlHB8的超量表达导致花粉内含物和花粉内壁消失，花粉外壁结构异常，且出现花粉异常的时期始于双核期。TUNEL的分析结果显示，SlHB8 的早期超量表达导致绒毡层降解提前。四分体时期的转录组测序结果显示SlHB8 超量表达导致的差异表达基因显著富集在花粉发育以及雄配子体发育途径，且调控绒毡层程序性细胞死亡保守遗传途径DYT1–TDF1–AMS–MYB80成员和花粉壁发育相关的基因显著上调。DAP-seq、EMSA、双荧光素酶报告系统实验结果表明，SlHB8可以直接靶向负调控绒毡层和花粉壁发育相关基因的表达。

该研究揭示了SlHB8通过负向调控绒毡层程序性细胞死亡保守遗传途径DYT1–TDF1–AMS–MYB80参与绒毡层的发育和降解，在花药发育中发挥重要作用，为番茄育性的改良提供了新的基因资源。

华南农业大学陈日远教授、重庆大学李正国教授和华南农业大学郝彦伟副研究员为论文的共同通讯作者。华南农业大学硕士生吴彩玉、杨洋以及重庆大学博士生苏得定为本论文的共同第一作者。近年来陈日远教授团队、李正国教授团队在番茄的花果发育、单性结实等方面进行了大量研究，发表了多篇高质量论文。该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金以及广州市科技计划项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac185

转自：“园艺研究”微信公众号

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