近日，学院核农所洪丽兰研究团队在国际期刊Cell Reports上发表了题为“JAG modulates sepal flatness through regulating cell growth direction, interacting with AS2 and antagonized by TCP24”的研究论文。
扁平形是植物器官常见形态。植物的叶片、花瓣、萼片都呈现扁平的形态，扁平形态对于植物生理活动至关重要。对于人类生产活动而言，观赏类植物和部分园艺作物的扁平器官形态直接关系其观赏性或贮藏性。洪丽兰团队前期研究中筛选到了一个扁平器官异常突变体，该突变体萼片背面形成诸多突起。研究团队通过图位克隆发现该突变体中AS2基因起始密码子上游1484bp处存在点突变。该点突变导致AS2表达模式异常，造成了AS2在萼片背面的异位表达。通过遗传学实验，团队验证了AS2突变就是造成该突变体扁平器官形态异常的原因，因此将该突变体命名为as2-7D。文献调研发现，转录因子JAG可能参与as2-7D萼片不平整表型的形成。通过杂交、CRISPR/cas9编辑、等位实验，团队验证了JAG的确参与该过程，且对as2-7D的萼片不平整表型起促进作用。为了解析JAG参与as2-7D萼片不平整表型调控的细胞学机制，研究团队采用了活体实时成像技术，在细胞水平捕捉到了萼片从平整到不平整阶段的形态变化。通过对该阶段细胞生长变化的计算，发现JAG通过调控细胞的生长方向参与as2-7D萼片不平整表型的调控。
为了进一步解析JAG参与as2-7D萼片不平整表型调控的分子学机制，研究团队对JAG荧光报告基因系进行了表达模式观察、荧光强度定量，同时在AS2不同类型突变体中检测了JAG的相对表达水平。研究结果表明AS2并不影响JAG的表达模式及表达水平，排除了AS2调控JAG表达的可能性。在对JAG荧光报告基因系观察时，研究团队发现JAG主要在萼片中下区域进行表达，与最先形成不平整表型的区域相符，印证了JAG对萼片不平整表型的促进作用。后续酵母双杂交实验、双荧光素酶实验、双分子荧光互补实验和免疫共沉淀实验共同验证了AS2与JAG存在蛋白互作。上述结果说明，在as2-7D萼片中下区域JAG和AS2的互作导致该区域细胞生长方向发生了紊乱，进而引起了不平整表型的产生。
进一步文献调研发现，miR319-TCPs类转录因子也可能参与as2-7D萼片不平整表型的调控。通过遗传学技术减弱或增强miR319-TCPs的表达可以分别增强或削弱as2-7D的萼片不平整表型，这说明miR319-TCPs负调控as2-7D的不平整表型，拮抗JAG在该过程中的作用。研究团队后续对miR319-TCPs中调控效果最好的TCP24进行更深入的分子学机制研究。研究结果发现，TCP24可以通过两种途径拮抗JAG，参与as2-7D萼片不平整表型的调控。其一，多种实验验证TCP24可以同时与AS2和JAG发生蛋白互作，进而削弱了AS2与JAG之间的蛋白互作。其二，多种实验验证TCP24可以抑制JAG的表达。在对miR319-TCPs参与as2-7D萼片不平整表型调控的细胞学机制进行进一步解析后，研究团队发现miR319-TCPs主要在萼片的中上区域调控细胞的生长方向。
综上所述，本研究揭示了一个AS2、JAG、TCP24三个转录因子构成的萼片平整度调控网络。该调控网络发现野生型萼片中JAG主要在萼片中下部表达而TCP24主要在萼片中上部表达，as2-7D突变使AS2在萼片背面异位表达。as2-7D中，萼片中下部AS2与JAG蛋白互作，导致细胞生长方向的改变，从而产生突起，致使萼片不平整。在这个过程中TCP24可以通过抑制AS2与JAG的蛋白互作，以及抑制JAG表达的方式拮抗JAG的作用，参与调控萼片的不平整表型。该研究为理解植物扁平器官形态调控的机制提供了新的视角，为培育特定形态的观赏及园艺作物提供了分子靶标。
浙江大学洪丽兰研究员为该论文的通讯作者，浙江大学博士生何曦和已毕业博士生许守领为论文的共同第一作者，康奈尔大学Avilash S. Yadav博士，浙江大学农学院博士生周恒和徐艺如、已毕业硕士生刘若宇、向丹博士参与了该研究。美国康奈尔大学Adrienne H.K. Roeder教授对论文给予了重要指导与帮助。该研究得到了国家自然科学基金、浙江大学百人计划项目、浙江大学-康奈尔大学联合种子基金项目、美国国立卫生研究院资助。
