CB | 柑橘顶端（腋生）分生组织属性决定的分子机制

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撰文 | 兔妞

2021年3月23日，耶鲁大学Vivian F. Irish等研究学者在著名学术期刊Current Biology 发表题为“CENTRORADIALIS maintains shoot meristem indeterminacy by antagonizing THORN IDENTITY1 in Citrus”的研究论文。该研究揭示了，柑橘CsCEN和TI1通过拮抗作用决定了腋生分生组织的形态建成模式。

研究背景

芽分生组织中干细胞活性的差异调节导致芽结构的广泛变化。在大多数柑橘类物种中，刺分生组织和休眠的腋生分生组织共定位在每个叶基部，彼此呈螺旋状叶序分布。刺原基和相关的腋生分生组织都可以根据它们出现的节点进行阶段划分。最近的研究显示，编码TEOSINTE BRANCHED1 / CYCLOIDEA / PCF（TCP）转录因子的TI1和TI2对终止分生组织的增殖和柑橘中刺的产生是必需的。然而，在同一叶腋处的休眠腋生分生组织是如何维持干细胞活性仍是未知的。

主要结果

在本研究中，为了确定刺发育的调控因子，研究者使用转录组分析比较了有刺和少刺柑橘中关键基因表达。结果显示TFL1/CEN-like基因（柑橘中命名为CsCEN）在少刺柑橘中表达量明显上调。此外，CsCEN在发育中的叶或刺中表达非常低，而在同时含有茎尖分生组织和腋生分生组织的幼嫩芽中高表达。为了解CsCEN及其同源基因CsTFL在柑橘芽发育中的作用，研究者利用CRISPR-Cas9基因组编辑技术对柑桔“华盛顿”品种进行基因编辑。cscen突变体在芽构型中表现出显著的表型，每个叶腋处的腋生分生组织都长出刺的形态。

图1 CsCEN是维持腋生分生组织不确定状态所必需的

接下来，研究者使用原位杂交检测CsCEN和TI1的定位，结果显示CsCEN和TI1分别优先在腋生分生组织和刺分生组织中表达，两者表达呈现互补性。据报道，TI1通过抑制刺原基中的CsWUS表达来促进刺生长。本研究结果也显示了，CsCEN通过阻止CsWUS表达过早终止，来维持腋生分生组织的不确定状态。由此可知，CsCEN通过拮抗TI1来维持营养性腋生分生组织的不确定性。除此之外，异位过表达的CsCEN会抑制TI1表达，并将刺转变为芽，其表型类似于ti1突变体。

图2 CsCEN异位过表达将柑橘的刺转化为芽

CEN/TFL1蛋白不包含DNA结合域，其功能在很大程度上取决于与DNA结合转录因子的相互作用。本研究进一步表明，CsCEN与柑橘CsFD具有相互作用。原生质体双重荧光素酶测定显示，单独表达的CsFD和CsCEN均不能抑制TI1启动子区域的活性，但是CsFD和CsCEN的共表达可以显著抑制TI1表达。

研究者使用多重基因组编辑方法生成了cscen ti1 ti2三重突变体。表型分析显示，三重突变体几乎每个刺都变成了一个分枝，而休眠的腋生分生组织长成了长的分枝，导致植物非常浓密。TI1和TI2的突变可以挽救cscen突变的表型，因此，CsCEN的活性取决于TI1和TI2的功能。

图3 CsCEN和 CsFD 相互作用抑制 TI1的表达

一图解文

CsCEN通过和CsFD相互作用，抑制TI1活性以维持CsWUS表达，来确保叶腋分生组织的不确定状态。

结果和意义

本研究确定了一组决定柑橘中营养枝分生组织活性的拮抗因子。该结果为了解柑橘树中营养分生组织的确定性和不确定性提供了更多见解，并为操纵柑橘树的结构，满足未来的农业需求铺平了道路。

原文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00295-5#%20

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