［本站(zhàn)訊］4月(yuè)(yuè)6日，生(shēng)命科學學院周傳恩教授團隊在Nature Communications在線發表了(le)題爲“Rewiring of a KNOXI regulatory network mediated by UFO underlies the compound leaf development inMedicago truncatula”的研究論文，揭示了(le)PINNA1-MtKNOXI蛋白複合體通過核質轉運調控蒺藜苜蓿複葉發育模式的新(xīn)機制。周傳恩教授爲本論文通訊作(zuò)者，博士後盧志超、張娟娟和王洪峰爲本論文共同第一(yī)作(zuò)者，山東大學爲第一(yī)作(zuò)者單位和唯一(yī)通訊作(zuò)者單位。

高等植物根據葉柄上(shàng)葉片的數目，可分(fēn)爲單葉植物和複葉植物：單葉植物的葉軸上(shàng)隻着生(shēng)一(yī)片葉片，複葉植物的葉軸上(shàng)着生(shēng)有多個葉片。比如(rú)模式植物拟南(nán)芥就(jiù)是典型的單葉植物，而番茄、蒺藜苜蓿則是研究較多複葉植物的代表。在大多數複葉物種（如(rú)番茄和碎米芥）的葉發育中，Class I KNOX（KNOXI）基因家族是參與調控葉片形态多樣化(huà)的一(yī)類關鍵轉錄因子(zǐ)，KNOXI在葉發育過程中被重新(xīn)激活以誘導複葉産生(shēng)，并且KNOXI單個調控原件就(jiù)能(néng)決定小葉數目的增多或減少。然而在蒺藜苜蓿和豌豆等豆科IRLC（inverted repeat-lacking clade）分(fēn)支物種的複葉發育中，KNOXI基因并不在葉原基中表達，敲除KNOXI基因并不能(néng)引起葉片數目的減少。早期研究發現FLORICAULA（FLO）/LEAFY（LFY）調控元件可能(néng)取代了(le)KNOXI基因在苜蓿三出複葉發育中的功能(néng)，敲除LFY同源基因SGL1後導緻葉片由複葉變爲單葉。因此，蒺藜苜蓿的複葉發生(shēng)調控元件與絕大多數複葉植物不同，其發育機制仍存在許多未解之謎。

在本研究中，研究團隊發現過表達蒺藜苜蓿KNOXI基因MtKNOX1/2/6/7均導緻葉片數目增多，呈現羽狀五葉模式；但(dàn)同時敲除MtKNOX1/2/6/7并未改變蒺藜苜蓿的三出複葉模式，這暗示着在蒺藜苜蓿複葉發育中存在一(yī)個或多個抑制因子(zǐ)抑制了(le)MtKNOXI的功能(néng)。随後，研究團隊通過酵母文庫篩選、BiFC和Co-IP等技術發現MtKNOX1/2/6/7與蒺藜苜蓿複葉發育關鍵調控因子(zǐ)PINNATE-LIKE PENTAFOLIATA1（PINNA1）存在蛋白相互作(zuò)用關系。PINNAI屬于BELL蛋白家族，其功能(néng)缺失會導緻葉片呈現羽狀五葉模式。遺傳分(fēn)析表明，在pinna1突變體中敲除MtKNOXI基因可以不同程度恢複其複葉模式缺陷。随後亞細胞共定位分(fēn)析表明PINNA1與MtKNOXI互作(zuò)形成的複合體定位在細胞質中，從而阻止MtKNOXI入核調控下(xià)遊靶基因的表達。同時，原位雜交實驗表明MtKNOX7在pinna1葉原基中異位表達。進一(yī)步的研究表明，花器(qì)官調控基因MtUNUSUAL FLORAL ORGANS（MtUFO）是MtKNOX7的直接靶基因：MtKNOX7入核後通過直接激活MtUFO的表達介導了(le)蒺藜苜蓿由三出複葉模式向羽狀五葉複葉模式的轉變。

圖：PINNA1-MtKNOX7複合體和MtUFO/MtKNOX7調控模塊介導的蒺藜苜蓿複葉發育模式圖

綜上(shàng)所述，研究團隊在蒺藜苜蓿中發現了(le)一(yī)種雙重抑制MtKNOXI功能(néng)的新(xīn)途徑：一(yī)方面，PINNA1可以抑制MtKNOXI在葉片原基中的表達；另一(yī)方面，PINNA1與MtKNOXI形成複合體後将MtKNOXI隔離在細胞質中，阻止MtKNOXI入核調控MtUFO的表達，從而維持蒺藜苜蓿的三出複葉模式。基于KNOXI和UFO在葉片發育中的功能(néng)，研究團隊推測在複葉物種葉片形态多樣性的調控中存在一(yī)個新(xīn)的層面，其中保守的花發育調控因子(zǐ)MtUFO和葉發育調控因子(zǐ)MtKNOXI參與了(le)蒺藜苜蓿羽狀複葉模式的變異。

山東大學生(shēng)命科學學院教授向鳳甯、副教授韓璐也(yě)參與了(le)本項研究。該研究還得到了(le)山東大學教授白明義，俄克拉荷馬州立大學教授文江祁、Kirankumar S. Mysore的支持。本項目得到了(le)國家重點研發計劃、國家自然科學基金(jīn)和山東省自然科學基金(jīn)的資助。周傳恩教授課題組利用豆科模式植物蒺藜苜蓿爲材料，長期從事(shì)植物複葉發育的分(fēn)子(zǐ)機制研究，成果先後發表在Nature Communications、PNAS、The Plant Cell、New Phytologist、Plant Physiology、Plant Journal和Journal of Integrative Plant Biology等期刊。