近日，中科院遺傳發(fā)育所許操研究組在《Advanced Science》期刊上發(fā)表題為“BLADE-ON-PETIOLE Genes Enable Genetic Bottleneck Mitigation Through Cross-Species Repurposing of Floral Persistence Traits”的研究成果。中科院遺傳發(fā)育所許操研究組已畢業(yè)博士研究生肖楠和在讀博士研究生呂倩雯為該論文共同第一作者，黃小珍副研究員為獨(dú)立通訊作者。

研究團(tuán)隊(duì)以番茄為研究模式，系統(tǒng)解析了蛋白相分離參與調(diào)控花器官程序化脫落的新機(jī)制。BLADE-ON-PETIOLE（BOP）蛋白是脫落啟動(dòng)的重要調(diào)控因子，該研究揭示番茄中3個(gè)SlBOP基因協(xié)同促進(jìn)脫落區(qū)特化細(xì)胞層形成，從而控制花器官衰老與脫落。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SlBOP蛋白含有典型內(nèi)在無序區(qū)（IDRs），能夠發(fā)生液-液相分離，并與轉(zhuǎn)錄因子TFAM1形成異質(zhì)性轉(zhuǎn)錄凝聚體，激活下游脫落基因SlATH1表達(dá)，精準(zhǔn)調(diào)控脫落區(qū)細(xì)胞分化，進(jìn)而控制花器官程序化脫落。Slbop1/2/3 tfam1突變體花器官不脫落，果實(shí)畸形。

基于對(duì)上述機(jī)制的深入理解，研究團(tuán)隊(duì)將相關(guān)知識(shí)遷移至茄科花卉植物矮牽牛。通過精準(zhǔn)編輯PhBOP基因，獲得了花冠不脫落且衰老顯著延遲的矮牽牛新種質(zhì)。與野生型相比，Phbop1/2/3三突變體花朵盛花期延長約一周，這意味著更長的展示期和貨架期，提升商業(yè)價(jià)值；花冠冠幅變大、高度降低，觀賞性顯著提升。此外，該突變體表現(xiàn)出無花粉特性，對(duì)花粉過敏人群友好，具有良好的鮮切花應(yīng)用潛力。

在番茄中被視為“負(fù)效應(yīng)”的BOP相關(guān)突變，在矮牽牛中卻可轉(zhuǎn)化為優(yōu)良育種性狀，這種“汝之砒霜，吾之蜜糖”的跨物種遺傳效應(yīng)打破了傳統(tǒng)對(duì)“可用基因”與“不可用基因”的單一認(rèn)知，為通過作物衍化發(fā)育生物學(xué)盤活現(xiàn)有遺傳資源、豐富分子設(shè)計(jì)育種基因庫、緩解育種遺傳瓶頸提供了新的實(shí)踐路徑。

花器官程序化脫落的調(diào)控機(jī)制及跨物種個(gè)性化定制育種應(yīng)用