肖晗团队：锌指蛋白SIPZF1调控番茄果皮细胞尺寸

Core

SlPZF1编码一个C2H2锌指蛋白家族成员，在番茄果实发育阶段高表达于果皮中。SlPZF1调控果皮细胞尺寸的进而影响果实大小，这一机制可能是由SlPZF1与细胞周期调控因子相互作用所介导。SlPZF1可作为候选分子标记，用于分析鲜果中，由细胞周期介导果皮细胞尺寸的调控机制。

番茄（Solanum lycopersicum）是世界上最重要的蔬菜作物之一，也是果实发育研究中广泛使用的模式植物，包括研究果实形状和大小、成熟和代谢。自授粉后子房发育而成熟的果实，其生长过程可分四个主要阶段，包括坐果、细胞分裂、细胞扩增和成熟。授粉后果实大小的发育情况，在很大程度上取决于果实中细胞的数量和体积，果皮细胞的分裂和扩增起到了决定性的作用。目前的研究工作，已经确定了一些获得育种改良和驯化适应性选择的决定番茄果实大小的数量性状基因座（QTL）位点，但番茄果实发育中，调控细胞分裂和扩增的机制仍然不清楚。核内复制是一种绕过有丝分裂的特殊细胞周期，可在果实中观察到，涉及该周期的发育过程中，质量增加迅速，代谢高度活跃。一种假说是，核内复制是可能是番茄果实细胞大小增加的主要驱动力之一。与核内复制相关的细胞周期调控因子，包括番茄中的细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶SlCDKB1和SlCDKB2，蛋白激酶SlWEE1，复合物激活因子SlCCS52A等，和在先前研究中被证实与果实大小相关。

近日，Molecular Horticulture在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心肖晗课题组和上海师范大学王全华课题组合作的研究论文，题为Fruit 

size control by a zinc finger protein regulating pericarp cell size in tomato。该研究报道了番茄中一个C2H2锌指蛋白类转录因子SlPZF1 (Solanum 

lycopersicum PERICARP-ASSOCIATED ZINC FINGER PROTEIN 1)。该转录因子是上述细胞周期因子的上游调控因子，调节核内复制这一细胞周期决定果皮细胞尺寸，进而决定果实大小的发育机制

作者从前期积累的几个果皮中高表达的转录因子中，鉴定到了Solyc07g063970，该基因编码一种锌指蛋白，其在拟南芥中的同源基因被证实是属于一类仅在植物中存在的C2H2锌指蛋白转录因子，被命名为SlPZF1 (Solanum lycopersicum PERICARP-ASSOCIATED ZINC FINGER PROTEIN 1)。通过GUS报告系统和转录水平检测，证实其在授粉后子房发育初期的果皮中特异性高表达。过表达和RNAi的遗传转化株系，和回交互补实验，其表型分析证实了过表达和降低该基因的表达水平都会引起番茄果实变小，这一表型是果皮细胞尺寸减小，而非细胞层数变少引起的。过表达与降低表达该基因，引起相似的表型，提示在相关调控上可能存在代偿机制。

Fig.2 & Fig.3 SIPZF1在果皮中高表达并调控果实大小

流式细胞分析证实了授粉后初期子房的果皮细胞中，高DNA倍体数的细胞减少，即核内复制驱动的细胞扩增受到抑制。检测了该状态下细胞周期调节因子SlCDKA1、SlCDKB1、SlCDKB2、SlWEE1、SlCCS52A和SlSMR1的表达水平可知，SlPZF1的过表达可明显上调SlWEE1、SlCDKB1和SlCDKB2的转录水平。酵母双杂系统筛选到14个与SlPZF1相互作用的蛋白，其中部分功能预测为与细胞周期相关的调控因子。

Fig.6 & Fig.7 SlPZF1影响细胞周期调控基因的转录表达。与其相互作用的蛋白中，有多个蛋白，功能预测参与了细胞周期的调控，可作为进一步的研究方向。

细胞周期调控因子SlCDKA1，SlCDKB1，SlCDKB2，SlWEE1，SlCCS52A 和 SlSMR1 (SIAMESE-RELATED 1)的表达与SlPZF1正相关。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心赵芳芳博士和上海师范大学与分子植物科学卓越创新中心联合培养研究生张佳婧为论文共同第一作者，分子植物科学卓越创新中心肖晗研究员为通讯作者，上海师范大学王全华教授等参与了该研究。该研究获得国家重点研发计划（2016YFD0101900）、国家自然科学基金（31672164）和上海市农业和农村事务委员会科技兴农重点攻关项目（No. 2015-6-1-7）等项目的支持。