近期，河南农大安光辉教授领衔的莴苣生物学与遗传改良团队在莴苣抽薹开花遗传调控研究方面取得了重要研究成果，并在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal和New Phytologist发表了莴苣抽薹调控网络解析系列研究论文。为莴苣耐抽薹种质的创制创新和分子设计育种提供了优异基因资源和理论基础，推动莴苣轻简化高效栽培和经济效益的提升，并对其他叶类蔬菜的育种提供参考。

栽培莴苣，包括叶用莴苣（生菜、油麦菜）和茎用莴苣（莴笋、贡菜）等，是我国重要的蔬菜之一。莴苣过早抽薹会导致商品性丢失、大量减产和经济损失。鉴定莴苣抽薹调控基因，阐明抽薹发育调控网络有助于耐抽薹莴苣品种的培育和遗传改良。两篇论文均通过正向遗传学克隆了LsBLH2和LsKN1基因，揭示了“LsBLH2–LsOFP6–LsKANT3”模块和“LsKN1–LsOFP6–LsRGA1”模块协同调控内源赤霉素的合成、代谢、响应，进而调控莴苣抽薹开花的遗传和分子机制。

研究人员鉴定了大量的遗传群体表型，获得了多个由单基因控制早、晚抽薹性状的群体。利用BSA联合高通量测序验证了这些群体的抽薹性状由单基因控制。图位克隆获得候选基因LsBLH2和LsKN1。LsBLH2编码一个BLH家族的转录因子，在晚抽薹亲本中存在一个碱基缺失突变，导致翻译提前终止和功能丢失（图1a,b）。LsKN1基因编码一个KNOX家族的转录因子，在晚抽薹亲本中存在一个长度为3935-bp的CACTA-like转座子插入（LsKN1TP），该插入激活了LsKN1的表达（图1c）。有趣的是，LsBLH2和LsKN1均与莴苣结球有关（An et al., 2020, Plant Cell；Yu et al., 2020, PNAS），但在本研究中，相应个体并无结球表型，表明莴苣结球调控的复杂性以及LsBLH2和LsKN1具有多重功能。

图1 LsBLH2和LsKN1基因在两亲本中的序列变异

使用CRISPR/cas9技术在早抽薹植株中敲除LsBLH2基因，纯合的敲除植株表现为晚抽薹，验证了LsBLH2基因正调控莴苣抽薹的功能（图2a-c）。LsBLH2转录因子直接结合赤霉素合成基因LsGA20ox1以及代谢基因LsGA2ox8的启动子，并分别上调和下调LsGA20ox1和LsGA2ox8。分析LsGA20ox1和LsGA2ox8发现，这两个基因在自然群体中的表达量与“莴笋”和“结球生菜”栽培类型的驯化有明显相关性（图2d,e）。

图2 LsBLH2的功能验证及其靶基因LsGA20ox1和LsGA2ox8在自然群体中的表达分析

研究人员系统挖掘了LsBLH2的互作蛋白，发现了一个Ovate family protein家族的转录辅助因子LsOFP6，LsOFP6蛋白与LsBLH2互作并增强LsBLH2对LsGA20ox1和LsGA2ox8的转录激活和抑制。KNOX家族的LsKNAT3也与LsBLH2互作，并削弱LsBLH2对LsGA20ox1的转录激活（图3）。

进一步研究表明，LsKN1TP转录因子直接结合赤霉素合成基因LsGA20ox1以及响应基因LsRGA1的启动子，并分别下调和上调LsGA20ox1和LsRGA1。LsRGA1编码的DELLA蛋白与LsKN1TP蛋白互作，进一步增强LsKN1TP对LsGA20ox1的转录抑制。LsOFP6蛋白与LsKN1TP互作，并削弱LsKN1TP对LsGA20ox1和LsRGA1的转录抑制和激活（图3）。

图3 LsBLH2和LsKN1调控莴苣抽薹的分子机制

河南农业大学安光辉教授为两篇论文的唯一通讯作者。湘湖实验室戚烨通，河南农大硕士生陈浩宇分别是为New Phytologist和Plant Biotechnology Journal文章的第一作者。河南农大胡建斌教授和杨路明教授为本研究提供了指导和宝贵意见。

华中农大匡汉晖教授团队在群体遗传和分子实验中提供了重要帮助。该工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、浙江省博士后科研项目择优资助、湘湖实验室重点项目等的资助。安光辉课题组主要从事叶类蔬菜重要性状的分子机制研究和遗传育种工作。近年来在叶类蔬菜叶发育、株型和抽薹开花调控网络中取得了多项原创性研究成果。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14614

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.20307