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我校科研团队发现LINE1转座子插入XsAG1内含子导致文冠果重瓣花形成

日期:2022-12-13 发布单位:林木遗传育种国家重点实验室 文字:王晗慧

近日,我校林木遗传育种国家重点实验室郑志民教授研究团队在Plant Physiology(中科院生物学大类一区,IF=8.005)上在线发表了题为The double flower variant of yellowhornis due to a LINE1 transposon-mediated insertion的研究论文。该研究发现,文冠果重瓣花的形成是由于LINE1转座子片段插入在XsAG1的第二个内含子上导致其功能缺失。

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文冠果是我国北方重要的木本粮油经济林树种,广泛分布于三北地区,具有很强的耐逆性和遗传不稳定性。文冠果因其花色艳丽,花朵形态多样,种子含油量高而具有很高的观赏价值和经济价值。由于文冠果重瓣花的花器官发育缺陷导致不结实,从而影响其产量及产业发展,因此对于文冠果花结构的研究可以为后续文冠果产量和品质的提升奠定基础。

郑志民教授研究团队通过对文冠果重瓣花发育过程进行观察研究,确定了其单瓣花和重瓣花的结构变异起始于花器官原基发育时期,单瓣花具有完整的萼片、花瓣、雄蕊和雌蕊原基,而重瓣花只有萼片原基和多轮花瓣原基,并且在发育后期阶段还会出现新的花分生组织(图1)。同时,团队调查和收集了全国的文冠果资源,结合BSA混池测序和转录组测序多组学分析在文冠果重瓣花和单瓣花的自然群体中鉴定到1个基因XsAG1,其第二个内含子上的InDel位点与文冠果的重瓣花性状紧密连锁,并且发现在重瓣花群体中该InDel位点均存在,属于LINE1转座子的一部分。同时通过RT-PCR检测发现,在重瓣花该转座子片段插入纯合导致了XsAG1的功能性转录本急剧下降,出现了其他可变剪切方式,导致XsAG1丧失C类基因功能。原位杂交和拟南芥转基因的结果验证了文冠果的XsAG1控制雌蕊和雄蕊发育的功能保守。XsAG1突变后导致了花发育ABC模型其他基因的表达出现差异,使文冠果重瓣花呈现多轮花瓣形态(图2)。综上,该研究揭示了木本粮油经济林树种文冠果重瓣花的表型变异,为转座子插入导致植物表型重塑提供了证据,也为林木重要性状的鉴定提供了思路。

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图1文冠果单瓣花和重瓣花的发育差异

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图2文冠果重瓣花形成分子机制的模式图

东北林业大学林学院林木遗传育种国家重点实验室郑志民教授为本文通讯作者,2021级博士研究生王晗慧为第一作者。该研究得到中央高校基本科研业务费专项资金项目和林木遗传育种国家重点实验室创新项目的资助和支持。

论文链接:https://doi.org/10.1093/plphys/kiac571

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