近日，The Plant Journal在线发表了题为“Role of grapevine SEPALLATA-related MADS box gene VvMADS39 in flower and ovule development”的研究论文。该研究报道了一个SEP亚家族的VvMADS39基因，结合功能研究及其参与的网络调节机制，证实VvMADS39对葡萄花分生组织的维持及在胚珠发育过程中发挥重要作用。
无核葡萄由于其使用方便，酿酒制干快捷等优势性状，已成为产业发展及育种研究的热点方向。目前存在的问题是关于葡萄无核基因、无核性状形成的分子机理及其调控路径等重要科学问题仍不清楚。因此，挖掘葡萄无核基因并阐述其调控机理，对于通过转基因技术培育无核葡萄新品种、创建无核葡萄新种质，具有重要的理论和育种实践意义。
该研究通过前期有核葡萄红地球与无核葡萄森田尼杂交后代分离群体，在胚珠发育不同时间点混合库的转录组中获得差异表达基因。在此基础上，对筛选到的其中一个MADS-box家族的VvMADS39基因进行进一步的功能验证及其发育调控机制的研究，获得的主要结果如下：
在胚珠发育过程中，VvMADS39在无核白胚珠中持续的活跃表达可能在胚珠败育过程中发挥作用，并抑制了果皮和珠被细胞的发育。相反，在红地球胚珠中VvMADS39表达降低与其启动子上组蛋白甲基化修饰H3K27me3的表达水平增高相关，可以维持胚珠发育正常。我们将VvMADS39基因在番茄中过表达后，转基因株系的果实、种子大小和种子数量均减少（图1）。
图1 VvMADS39过表达转基因番茄植株的表型和组织形态学分析
除此之外，利用CRISPR/Cas9系统将其在番茄中同源基因SlMADS39进行定向突变，基因编辑株系会产生缺陷的花和果实，说明该基因在维持花分生组织特性、果实和种子发育中都发挥了重要作用（图2）。
图2 CRISPR/Cas9-SlMADS39基因敲除株系表型图
结合酵母双杂交、三杂交技术（Yeast Two/Three Hybrid,Y2H/Y3H），免疫共沉淀技术（Co-immunoprecipitation assay,Co-IP），双分子荧光互补实验(Bimolecular Fluorescent Complimentary,BIFC)分析发现VvMADS39与VvAGAMOUS蛋白相互作用。此外结合酵母单杂交（Yeast One Hybrid,Y1H），双荧光素酶报道（Luciferase assay）及凝胶迁移实验（Electrophoretic Mobility Shift Assays,EMSA）发现VvMADS39可以被上游BPC转录因子调控，同时VvMADS39-VvMADS21二聚体在种皮发育中的功能需要激活和维持VvINO的表达。综上所述，该研究认为VvMADS39参与了葡萄胚珠发育的网络蛋白调控，并有助于无籽果实的形成（图3）。
图3 VvMADS39在无核白和红地球胚珠发育中的功能调控模型
园艺学院王西平教授为论文的通讯作者，博士研究生张松霖为第一作者。园艺学院李智副教授、高敏副教授及密歇根州立大学Steve van Nocker教授参与了该研究。该研究得到NSFC-联合基金（编号：U1603234）重点项目“葡萄无核性状基因发掘及其调控机理”资助。