成花素-反花素系統(tǒng)被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)革命的核心之一，調(diào)控著植物器官的生長(zhǎng)和發(fā)育，包括開花時(shí)間與株型，使傳統(tǒng)作物適應(yīng)新環(huán)境。20世紀(jì)20年代番茄一個(gè)經(jīng)典的“自我修剪”self-pruning(sp)突變體的發(fā)現(xiàn)，被迅速應(yīng)用在番茄大規(guī)模的生產(chǎn)中，改變了加州番茄的種植模式，使美國(guó)番茄的種植發(fā)生了革命性的變化。sp突變體的形成是由于反花素功能的缺失造成的，反花素突變使番茄開花、坐果、成熟時(shí)期更加集中，生長(zhǎng)周期縮短，并且由無(wú)限生長(zhǎng)型轉(zhuǎn)變?yōu)橹晷桶o湊的有限生長(zhǎng)型。反花素突變徹底改變了農(nóng)業(yè)種植模式，已在除番茄以外的大豆、棉花、草莓、向日葵、玫瑰等植物中。SP蛋白屬于磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白(PEBP)，也稱CETS蛋白，是一類對(duì)磷脂酰乙醇胺有較強(qiáng)親和力的蛋白家族，其中的FT/TFL1亞家族成員及其互作成份分別構(gòu)成了植物的成花素、反花素系統(tǒng)。
辣椒(Capsicumspp.)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)蔬菜作物，開花時(shí)間和株型結(jié)構(gòu)對(duì)提高辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要影響。辣椒包含5個(gè)馴化種：一年生辣椒(Capsicum annuumvar.annuum)、漿果狀辣椒(C.baccatumvar.Pendulum)、中華辣椒(C.chinense)、灌木狀辣椒(C.frutescens)和茸毛辣椒(C.pubescens)。近年來(lái)，辣椒基因組數(shù)據(jù)不斷更新，但有關(guān)辣椒PEBP基因家族成員的鑒定與功能分析還缺乏系統(tǒng)而全面的研究。
2024年6月1日，農(nóng)林科學(xué)Top期刊Scientia horticulturae雜志在線發(fā)表了來(lái)自安徽科技學(xué)院“作物種質(zhì)創(chuàng)新與應(yīng)用基因組學(xué)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)題為“Molecular characterization of pepperPEBPgenes reveals the diverse functions ofCaFTs in flowering and plant architecture”的研究論文。該研究對(duì)一年生辣椒、漿果辣椒、茸毛辣椒和中華辣椒4種辣椒的PEBP基因成員進(jìn)行全基因組綜合分析，共鑒定出37個(gè)PEBP基因，其中一年生辣椒11個(gè)、漿果辣椒12個(gè)、中華辣椒7個(gè)、茸毛辣椒7個(gè)，系統(tǒng)進(jìn)化分析將其分為FT(17個(gè))、TFL1(14個(gè))和MFT(6個(gè))共3個(gè)亞家族。37個(gè)辣椒PEBP基因在4個(gè)辣椒物種中鑒定出46對(duì)同源基因?qū)?，并且存在一個(gè)CaFT基因?qū)?yīng)多個(gè)共線性基因，表明FT基因在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)生了擴(kuò)張，并且4種辣椒和番茄之間共有37對(duì)直系同源基因，暗示茄科作物PEBP同源基因在進(jìn)化過(guò)程中存在一個(gè)較保守的復(fù)制過(guò)程。辣椒PEBP基因在進(jìn)化過(guò)程中主要通過(guò)全基因組和片段復(fù)制進(jìn)行純化選擇。
一年生辣椒6個(gè)CaFT蛋白均是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核定位的蛋白，并且與AtFT、SP3D具有高度相似的3D結(jié)構(gòu)及相同低的分化速率。CaFT5和CaFT6是一對(duì)重復(fù)基因?qū)Γ诒臼蠠煵?Nicotiana benthamiana)中過(guò)量表達(dá)CaFT5和CaFT6，轉(zhuǎn)基因煙草不僅表現(xiàn)出明顯的早花，而且葉片和枝條數(shù)量顯著增加，葉片大小明顯變小。表明CaFT與成花素基因一樣，在調(diào)節(jié)開花時(shí)間和植物結(jié)構(gòu)方面具有保守的功能，并且在辣椒發(fā)育中發(fā)揮著多重作用。本研究不僅拓寬了茄科植物成花素-反花素系統(tǒng)的研究，為進(jìn)一步利用該組份在辣椒中進(jìn)行遺傳改良奠定了理論基礎(chǔ)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
辣椒成花素-反花素基因成員(PEBP)的全基因組鑒定與功能分析圖
安徽科技學(xué)院2021級(jí)農(nóng)藝與種業(yè)專碩研究生吳星星為論文第一作者，團(tuán)隊(duì)帶頭人二級(jí)教授黃先忠、青年講師李瑞寧為論文通訊作者，團(tuán)隊(duì)許峰、錢晶晶、錢銘、艾昊、馮婷婷等教師，園藝系陸曉民教授參與了論文研究。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省優(yōu)秀科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和作物學(xué)校高峰學(xué)科等項(xiàng)目資助。（特約通訊員：汪道兵 攝影：吳星星 審核：李文陽(yáng)）