近日，The Plant Journal在線發表了題為“Role of grapevine SEPALLATA-related MADS box gene VvMADS39 in flower and ovule development”的研究論文。該研究報道了一個SEP亞家族的VvMADS39基因，結合功能研究及其參與的網絡調節機制，證實VvMADS39對葡萄花分生組織的維持及在胚珠發育過程中發揮重要作用。

無核葡萄由于其使用方便，釀酒制干快捷等優勢性狀，已成為產業發展及育種研究的熱點方向。目前存在的問題是關于葡萄無核基因、無核性狀形成的分子機理及其調控路徑等重要科學問題仍不清楚。因此，挖掘葡萄無核基因并闡述其調控機理，對于通過轉基因技術培育無核葡萄新品種、創建無核葡萄新種質，具有重要的理論和育種實踐意義。

該研究通過前期有核葡萄紅地球與無核葡萄森田尼雜交后代分離群體，在胚珠發育不同時間點混合庫的轉錄組中獲得差異表達基因。在此基礎上，對篩選到的其中一個MADS-box家族的VvMADS39基因進行進一步的功能驗證及其發育調控機制的研究，獲得的主要結果如下：

在胚珠發育過程中，VvMADS39在無核白胚珠中持續的活躍表達可能在胚珠敗育過程中發揮作用，并抑制了果皮和珠被細胞的發育。相反，在紅地球胚珠中VvMADS39表達降低與其啟動子上組蛋白甲基化修飾H3K27me3的表達水平增高相關，可以維持胚珠發育正常。我們將VvMADS39基因在番茄中過表達后，轉基因株系的果實、種子大小和種子數量均減少（圖1）。

圖1 VvMADS39過表達轉基因番茄植株的表型和組織形態學分析

除此之外，利用CRISPR/Cas9系統將其在番茄中同源基因SlMADS39進行定向突變，基因編輯株系會產生缺陷的花和果實，說明該基因在維持花分生組織特性、果實和種子發育中都發揮了重要作用（圖2）。

圖2 CRISPR/Cas9-SlMADS39基因敲除株系表型圖

結合酵母雙雜交、三雜交技術（Yeast Two/Three Hybrid,Y2H/Y3H），免疫共沉淀技術（Co-immunoprecipitation assay,Co-IP），雙分子熒光互補實驗(Bimolecular Fluorescent Complimentary,BIFC)分析發現VvMADS39與VvAGAMOUS蛋白相互作用。此外結合酵母單雜交（Yeast One Hybrid,Y1H），雙熒光素酶報道（Luciferase assay）及凝膠遷移實驗（Electrophoretic Mobility Shift Assays,EMSA）發現VvMADS39可以被上游BPC轉錄因子調控，同時VvMADS39-VvMADS21二聚體在種皮發育中的功能需要激活和維持VvINO的表達。綜上所述，該研究認為VvMADS39參與了葡萄胚珠發育的網絡蛋白調控，并有助于無籽果實的形成（圖3）。

圖3 VvMADS39在無核白和紅地球胚珠發育中的功能調控模型

園藝學院王西平教授為論文的通訊作者，博士研究生張松霖為第一作者。園藝學院李智副教授、高敏副教授及密歇根州立大學Steve van Nocker教授參與了該研究。該研究得到NSFC-聯合基金（編號：U1603234）重點項目“葡萄無核性狀基因發掘及其調控機理”資助。