枇杷EjBZR1抑制油菜素内酯合成调控细胞膨大与果实大小

枇杷“秋萌冬花，春实夏熟”，是起源于中国的蔷薇科苹果族常绿果树。枇杷在春末夏初水果淡季应市，果实不但美味可口，更是人们补充类胡萝卜素、三萜酸、黄酮等生物活性组分的重要来源。果实大小是保障果业发展的重要农艺性状，果小等因素引起的产量偏低，不但影响种植效益，还制约枇杷果品供给与产业发展。虽然番茄、水稻等一年生植物果实大小的调控研究已得到长足发展，但人们对枇杷在内的多年生植物果实生长的分子调控机制还知之甚少。

2021年7月，华南农业大学林顺权和杨向晖团队以及福建省农业科学院果树所联合在Horticulture Research发表题为EjBZR1 represses fruit enlargement by binding to the EjCYP90A  promoter in loquat 的研究论文，解析EjBZR1通过影响油菜素内酯生物合成通路调控枇杷细胞膨大与果实大小的机制。

团队首先对枇杷属13份资源（8个野生种和5份栽培枇杷）的果实进行解剖分析，发现细胞大小是影响果实大小的主要因子。随后，团队从同一个杂交群体中选择了果实大小极端差异的两份材料（ZP44和ZP65）进行果实发育期的转录组与细胞变化动态分析，发现EjBZR1和EjCYP90A等差异表达基因与两份材料果实大小紧密关联，且EjBZR1表达水平与油菜素内酯含量负相关。

Figure. 1 Relationships among fruitweight and fruit cell characteristics in Eribotrya.

基因表达分析发现EjBZR1在果实发育早期高表达，在果实迅速膨大阶段表达量维持在较低水平；表达水平与两份材料果实大小负相关。利用VIGS技术，在果实膨大早期抑制该基因表达，可促进细胞及果实增大。在EjBZR1-VIGS处理的果实中，EjCYP90A等油菜素内酯合成相关基因表达水平被上调。鉴于目前仍无法在枇杷本体上进行遗传转化研究，团队随后在拟南芥上开展了EjBZR1异源表达与表型分析。结果表明EjBZR1过表达抑制拟南芥叶片、花瓣、果荚等器官以及植株的整体生长。细胞观察发现，过表达植株的花瓣细胞明显变小。同时还发现，EjBZR1过表达植株中AtCYP90A等8个油菜素内酯合成结构基因的表达水平都受到显著抑制。这些结果表明EjBZR1是细胞膨大和果实增大的抑制因子，它可能通过油菜素内酯合成调节生长发育。

Figure. 3 EjBZR1 functions as a repressorof fruit and organ size development.

EjCYP90A是EjBZR1-VIGS处理中受影响最显著的潜在下游基因，接下来团队通过表达相关性分析发现它主要在果实膨大期上调表达，而且表达水平与细胞及果实大小正相关。VIGS处理抑制该基因表达后，果实的细胞及果实重量都明显降低。在拟南芥中过表达该基因则促进植株叶片增大。这些结果表明，EjCYP90A是细胞膨大和果实增大的激活因子。

Figure. 4 Functions of EjCYP90A infruit growth.

为证实EjBZR1是否通过EjCYP90A影响果实大小，团队克隆了EjCYP90A启动子，调控元件分析发现在EjCYP90A起始密码子上游-178 bp~-183 bp  和 -1717~-1722 bp 各有一个油菜素内酯响应元件（BRRE元件，CGTGT/CG）。双荧光素酶报告试验表明EjBZR1可抑制EjCYP90A表达，酵母单杂交进一步表明它可以结合到BRRE2元件上。

Figure. 5 Direct targeting of EjCYP90Aby EjBZR1.

该调控通路的解析为从细胞膨大角度调控枇杷果实大小提供了新的靶标，为改良果实及其他农作物籽粒等产品器官大小、保证作物产量提供分子育种靶标。为合理使用生长调节剂及减少生长调节剂在果品生产中的使用量提供新的基因资源，为环境友好型农产品生产提供新思路。

以上研究由华南农业大学林顺权和杨向晖课题组与福建省农业科学院果树所合作完成。苏文炳博士（福建省农业科学院果树研究所副研究员）和邵子坤硕士为论文的共同第一作者，林顺权教授为通讯作者。研究的开展得到了国家自然科学基金(31901973)、广东省重点领域研发科技计划（2018B020202011）、福建省农业科学院对外合作项目(DWHZ2021-14)等项目的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/s41438-021-00586-z

转自：“园艺研究”微信公众号

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