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生物技术通报 | VvAGAMOUS通过VvCRABS CLAW调控葡萄心皮发育
发布时间：
2026-02-23
来源：
生物技术通报
VvAGAMOUS通过VvCRABS CLAW调控葡萄心皮发育
昝舒雯，谢欢欢，张宇琴，王文娟，张鹏飞，梁晋军，温鹏飞
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-1127
葡萄（Vitis vinifera L.）为葡萄科葡萄属的一种落叶木质藤本植物，是世界范围内重要的经济果树，具有较高的营养价值。心皮是被子植物的雌性生殖器官，是连接开花植物和被子植物最重要的特征，包围着胚珠，也是果实的前身器官。心皮形成和发育阶段的性状可以直接影响后期果实发育，乃至影响果实性状，对果实的发育和品质产生重大影响。目前关于葡萄心皮发育的报道还较少，其形成和发育机理尚不清晰。因此，研究葡萄果实心皮形成与发育的分子机制对于探究葡萄果实发育规律具有重要意义。
早期发现MADS-box转录因子主要参与植物花器官的形成与发育，而随后提出的著名的ABCDE模型则有效地解释了花器官发育的分子机制。其中，AGAMOUS（AG）是第1个被分离的MADS-box基因，也是拟南芥中唯一的C类基因。AG是植物花的决定基因，也是心皮形成的关键基因，参与花生殖器官的形成和对分生组织的决定性控制。在葡萄中，VvSUP基因能够通过抑制葡萄VvWUS和VvAG来负调控葡萄心皮数量；并且发现VvAG2基因参与胚珠的形成，VvAG2/VvSEP3与VvAGL11/VvSEP3可以形成复合体共同调节胚珠的形成。
除AG外，CRABS CLAW（CRC）作为YABBY基因家族成员之一，也是控制心皮发育的关键基因。在拟南芥中，AtCRC参与心皮的发育，并且主要在心皮原基的远轴端处特异性表达，crc突变株的心皮不完全融合、蜜腺缺失，果实发育异常。当心皮原基形成后，AG基因则与SEP3（SEPALLATA3）形成二聚体或四聚体与CRC和SPT（SPATULA）等基因的启动子结合，直接促进CRC和SPT等基因表达，参与心皮的后续发育；并且CRC蛋白还能形成转录激活复合体，进而控制雌蕊顶端命运。在番茄中，CRC旁系同源物通过与染色质重塑因子相互作用，介导心皮和花的发育。水稻中，CRC直系同源基因DROOPING LEAF（DL）功能缺失将导致花分生组织终止异常，并使心皮转化为雄蕊。玉米的drooping leaf1（drl1）和drooping leaf2（drl2）参与玉米雌雄花的发育，是花分生组织决定和花器官发育所必需的。而黄瓜中的CsCRCG则通过与下游靶基因CsARP1直接结合并促进其表达，从而导致果实细胞扩大，正向调节果实伸长。
尽管在几种模式植物中关于AG和CRC基因参与调控心皮形成与发育已有相关报道，但其在葡萄中的研究较少，并且在调控葡萄心皮形成和发育的过程中，这2个基因的表达时期和相互关系尚不明确。
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《VvAGAMOUS通过VvCRABS CLAW调控葡萄心皮发育》的研究报告。本研究拟通过解剖学观察、基因表达分析以及启动子互作分析明确心皮发育相关基因VvAG和VvCRC的表达特性，并探究VvAG与VvCRC之间的相互作用，为后续深入研究葡萄心皮发育的分子机制提供理论基础。
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本文主要包括以下几部分内容：
1 材料与方法1.1 材料1.2 方法
2 结果2.1 ‘玫瑰香’葡萄不同长度花序解剖学观察2.2 VvAG和VvCRC基因表达分析2.3 VvAG和VvCRC基因克隆、蛋白多序列比对和系统进化树构建2.4 VvAG和VvCRC的亚细胞定位分析2.5 VvAG与VvCRC的互作分析2.6 VvAG通过VvCRC调控葡萄心皮发育
3 讨论
4 结论
花的发育是了解植物器官分化和细胞分化最好的研究模型系统之一，花器官一直以来都是被关注的热点。分子水平的研究显示，花器官的启动、分化与建成是各类基因转录调控、相互作用共同完成的联合机制，在该机制下MADS-box基因家族起着关键作用。
研究者利用原位杂交发现，在花序长1‒2 cm的雄蕊原基中发现VvAG基因的表达信号，该信号一直能被观测到直至花序长5‒6 cm。其他研究也发现VvAG2在4‒5 cm花序的心皮和胚珠原基上表达，并且在胚珠原基上有很强的杂交信号。因此，VvAG基因不仅能够调控心皮的发育，而且参与调控胚珠的发育。在拟南芥中，CRC基因对心皮和蜜腺的发育至关重要；在番茄中，对不同发育阶段的花进行原位杂交分析发现，当心皮原基开始形成时，SICRCa开始均匀积累，并持续促进心皮的生长和胚珠原基的出现。这与本研究中的解剖学观察和荧光定量结果大致相符，但本研究不同的是，VvCRC基因在1‒2 cm时就开始微量表达，可能是因为除了参与心皮的发育过程，它还参与了其余花器官的发育。
AG基因是从拟南芥中克隆得到的花发育调控基因，其上下游基因及其功能研究更是其中的热点。本研究从‘玫瑰香’葡萄中分别克隆得到681 bp的VvAG以及其下游基因528 bp的VvCRC。对其分别进行同源性和系统进化树分析发现，VvAG具有MADS-box基因家族的典型结构特征，包含有MADS-box和K-box两个结合区，与前人的研究结果一致。VvCRC则编码1个YABBY结构域蛋白，也有研究表明在甘蓝中克隆得到的BnCRC和在毛酸浆中克隆得到PfCRC同样编码1个YABBY结构域，表明YABBY结构域是相对保守的。
前人进行过亚细胞定位结果显示VvAG基因编码的蛋白也定位在细胞核中。在对PfCRC的研究中发现，PfCRC-GFP融合蛋白在烟草或植物叶表皮细胞中表达时，表达信号主要聚集在细胞核中。这与本研究VvAG 和VvCRC蛋白均定位于细胞核中结果一致，符合转录因子的特性。
在本研究中，对VvCRC启动子进行分析，发现了2个VvAG的特异性结合序列，分别为CCATATTAGT和CCTAAATTTG。本研究仅对其中距离起始密码子较近的1个序列展开研究，试验结果表明，VvAG能够与VvCRC启动子区域的CArG-box基序直接结合，并调控其转录活性。但也有一些研究发现，葡萄MADS-box家族转录因子复合物VvAG2/VvSEP3和VvAGL11/VvSEP3可能形成四聚体，参与胚珠的形成。本研究也发现VvCRC在雄蕊原基发育期已经有少量表达，可能是受到其他MADS-box转录因子影响，同时参与了其他花器官的发育，而发育后期其大量表达可能是VvAG等MADS-box转录因子形成的复合体效用更强所导致。
总而言之，AGAMOUS是一个在植物发育中起关键作用的基因，它参与控制植物的生殖器官，如花和果实的形成。CRABS CLAW是另一种基因，它在植物的器官发育过程中也扮演着重要角色。但在葡萄中关于VvAG基因与VvCRC基因相互作用的研究还是相对较少，本研究为进一步揭示VvAG通过VvCRC调控葡萄心皮发育的机理提供了实验基础。果实形成是一个复杂的生物学过程，涉及到多个基因和信号通路的相互作用。下一步将通过原位杂交确定每个发育时期VvAG和VvCRC基因的具体表达部位，并且构建相关载体进行遗传转化，补充VvAG蛋白复合体是否能够通过与VvCRC启动子结合参与心皮发育的调控，以期为研究葡萄果实发育提供科学依据。
‘玫瑰香’葡萄花序长度处于2‒4 cm时为心皮发育的关键时期，此时VvAG的表达水平显著提高，其能够通过与VvCRC基因的启动子直接结合并促进VvCRC基因的大量表达，进一步调控心皮的发育。
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