近日，公司园艺植物生物学教育部重点实验室匡汉晖教授课题组在“Journal of Experimental Botany”杂志上发表题为“The upregulatedLsKN1gene promotes cytokinin and suppresses gibberellin biosynthesis to generate wavy leaves in lettuce”的研究论文。该论文阐明了LsKN1基因调控生菜叶卷曲性状的遗传和分子机理。
生菜是世界上最受欢迎的蔬菜之一。生菜常被用做色拉、火锅配菜等，叶片形态直接关系到其感官品质。通过一个叶卷曲的生菜品种和一个叶平整的生菜品种杂交，构建了叶卷曲表型的遗传分离群体（图1）。遗传定位发现该群体中的一个叶卷曲主效QTL是LsKN1基因。通过互补实验和CRISPR/cas9敲除实验验证了该基因调控叶卷曲。LsKN1基因在不同遗传背景下，可引起不同叶形变化。实验室前期研究结果表明，该基因的上调表达还导致生菜结球(Yu et al., 2020) 和掌状缺刻(Wang et al., 2022)。LsKN1基因通过不同的分子信号途径调控不同的性状，并在不同的遗传背景下出现不同的表型。本研究发现LsKN1影响细胞分裂素(CK)和赤霉素(GA)的合成和降解途径的关键基因，提高了生菜叶片中CK含量并降低了GA含量，导致细胞面积变大、细胞数量增多、次级叶脉变细密，叶脉细胞和叶肉细胞发育紊乱，最终导致卷曲叶片的形成（图2）。
卷叶品种中LsKN1基因的上调表达是由第一个外显子上一个CACTA转座子的插入导致的。在本研究的遗传转化过程中，偶然获得了3株CACTA转座子发生转座的突变体，这3个突变体的表型由卷叶恢复为平叶，再次证明了LsKN1基因中CACTA转座子的插入是卷曲叶片形成的致变因子（图3）。该研究内容进一步丰富了叶发育理论，并为生菜遗传育种提供理论支持。
本研究由公司园艺植物生物学教育部重点实验室莴苣研究团队完成，博士研究生贾越为第一作者，匡汉晖教授和余长春副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
图1. 生菜叶卷曲形态学基础
图2. LsKN1促进细胞分裂素（A-E）并抑制赤霉素（F-L）的合成，导致叶片卷曲
图3.LsKN1基因中CACTA元件的转座导致基因表达量下降，产生平整叶片
原文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erac311
作者：贾 越
审核：匡汉晖 余长春