近日，果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室邓秀新院士团队在Horticultural Plant Journal在线发表了题为“Genome-wide identification of ARID-HMG related genes in citrus and functional analysis of FhARID1 in apomixis and axillary bud development（山金柑ARID-HMG基因的全基因组鉴定及FhARID1在无融合生殖和腋芽发育中的功能分析）”的研究论文。
多胚（也称珠心胚或不定胚）性属于植物无融合生殖现象（Apomixis），普遍存在于大多数柑橘品种中。阐明柑橘无融合生殖的调控机制，对于有效利用柑橘种质资源至关重要。“柑橘”泛指柑橘类果树，主要包括金柑属（Fortunella）、柑橘属（Citrus）和枳属（Poncirus）。基于课题组前期研究，已锁定调控柑橘单多胚性状的关键基因FhRWP，同时还挖掘到FhRWP的潜在上游互作因子FhARID1，其编码一个与染色质结构相关的染色质重塑蛋白，该基因的功能以及与FhRWP之间的调控关系尚未解析。
在此研究中发现（1）FhARID1同时包含两个关键结构域AT-rich interaction domain（ARID）和HMG-box domain。我们首先对山金柑基因组进行ARID-HMG基因的全基因组表征，共鉴定出20个ARID-HMG基因。基因表达分析结果表明，FhARID1在山金柑的根、叶等多种组织中广泛表达，其中胚珠组织呈现高表达；FhARID2主要在山金柑成熟果实中表达；FhARID9主要在山金柑花中表达。而拟南芥中AtARID1-AtARID6均主要在花和角果中表达。这些结果表明，ARID-HMG基因在拟南芥和山金柑中的表达模式存在差异，该家族基因在双子叶植物的进化过程中可能发生了功能分化。
Expression pattern analysis of ARID-HMG-related genes in different organs of F. hindsii and A. thaliana
（2）以多胚山金柑Fortunella hindsii为转化材料, 敲除FhARID1基因，T0代阳性编辑株系D24、D25的种子并未由多胚型转变为单胚型。两个编辑系的T1代植株（T1-D24,T1-D25）均表现出腋芽增生异常，这与FhRWP敲除系（ko-fhrwp）植株表型相似。基因表达分析结果显示，两个FhARID1编辑系子房组织中FhRWP的表达水平均比野生型显著下调。上述结果表明，FhARID1作为FhRWP上游调控因子发挥作用，并对柑橘腋芽发育产生影响。
Phenotypes and expression of ARID related genes in T0 and T1 KO-FhARID1 plants
（3）以单胚山金柑为转化材料，过表达FhARID1基因发现，过表达株系叶片中FhRWP表达水平与野生型相比无明显变化，植株生长也无明显差异，说明FhARID1不是FhRWP的唯一上游调控因子。对过表达系中FhARID基因家族成员进行定量分析，发现FhARID2的表达水平随FhARID1过表达而显著上调，表明FhARID基因家族成员内部可能存在复杂调控关系。
Phenotypes and expression of ARID related genes in OE-FhARID1 plants
（4）利用FhARID1作为钓饵进行酵母双杂交筛库，发现FhARID1与CK2磷酸激酶家族蛋白发生广泛互作。质谱结果进一步表明FhARID1蛋白Ser25位点发生了CK2介导的转录后磷酸化修饰。这些结果说明FhRWP基因的表达水平除受上游转录因子FhARID1直接调控外，还受到多种因子影响。
Interaction and phosphorylation of FhARID1
本研究以短童期柑橘山金柑为材料，利用基因编辑和过表达遗传转化技术解析了FhARID1与无融合生殖关键基因FhRWP之间的调控关系，为丰富柑橘无融合生殖调控网络提供了新的线索。
已毕业博士宋谢天为该论文的第一作者，邓秀新院士为该文的通讯作者。叶俊丽副研究员、柴利军教授、谢宗周高级工程师；已毕业博士王楠、在读博士生周银、在读博士生田啸宇、已毕业硕士曹榛参与了本研究。
该研究获得中国国家重点研究发展计划(Nos. 2022YFF1003100)和中国现代柑橘产业技术体系(CARS-26)的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014124001936
