華中農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示番茄早花新基因FAF1/2c調(diào)控開花時間分子機制

2023年11月，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室張俊紅教授課題組在《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表了題為“EARLYFLOWERINGis a dominant gain-of-function allele ofFANTASTICFOUR1/2cthat promotes early flowering in tomato”的研究論文。該研究克隆了1個番茄早花新基因FANTASTICFOUR1/2c（FAF1/2c），并解析了該基因調(diào)控番茄開花時間的作用機制。研究結(jié)果豐富了番茄開花時間調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為番茄花期改良提供了新的基因資源和理論指導(dǎo)。

本研究通過對番茄一個T-DNA插入突變體EF（EarlyFlowering）進行表型鑒定，發(fā)現(xiàn)其開花時間比野生型Wild-Type（WT，AC）提早至少10 d，遺傳學(xué)分析發(fā)現(xiàn)該突變體為顯性功能獲得性突變體。利用TAILPCR鑒定T-DNA插入到FAF1/2c基因終止密碼子下游139 bp的3′ -UTR區(qū)域，導(dǎo)致FAF1/2c基因在EF突變體中表達水平顯著提高。在番茄Ailsa Craig（AC）中過表達FAF1/2c，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)出和EF突變體一樣的早花表型；而在EF突變體中敲除FAF1/2c，可使EF突變體的早花表型恢復(fù)“正?！?。這些結(jié)果表明，F(xiàn)AF1/2c是一個新的促進番茄開花的關(guān)鍵基因。進一步生化試驗（Y2H、Pull-down、Split-LUC、Co-IP）發(fā)現(xiàn)FAF1/2c與COP9信號復(fù)合體亞基5B（CSN5B）蛋白互作，轉(zhuǎn)基因敲除CSN5B導(dǎo)致番茄植株開花。過表達FAF1/2c和突變CSN5B都導(dǎo)致番茄早花，說明FAF1/2c和CSN5B在番茄開花調(diào)控中發(fā)揮相反作用；因此，猜測FAF1/2c和CSN5B在蛋白水平上可能存在拮抗作用。進一步的研究證實FAF1/2c與CSN5B蛋白互作，影響CSN5B蛋白穩(wěn)定性，降低CSN5B蛋白的積累，上調(diào)SINGLEFLOWERTRUSS（SFT）、JOINTLESS（J）和UNIFLORA（UF）等番茄促花基因的表達，進而調(diào)控番茄開花時間。