近日，华中农业大学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 upregulated LsKN1 gene 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。
本研究由华中农业大学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。
原文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erac311
日期：2022-07-25
