通过全基因组SCPL基因鉴定和功能验证，发现PoSCPL61是Paeonia ostii树牡丹种子大小的负调控因子

《Industrial Crops and Products》：PoSCPL61 as a negative regulator of seed size in tree peony of Paeonia ostii revealing by genome-wide identification of SCPL genes and functional validation

本研究系统解析了木绣球（Paeonia ostii）中SCPL基因家族的组成与功能，通过基因组筛选鉴定出126个PoSCPL基因，并揭示其亚细胞定位、系统发育及顺式作用元件特征。功能验证显示，PoSCPL61在种子发育早期高表达，过表达导致拟南芥种子变小、花芽分化提前，而VIGS沉默其在木绣球中显著增大种子尺寸，证实其作为负调控因子参与种子发育。该研究为木绣球高产育种提供了新靶点。

　　树牡丹，学名*Paeonia ostii*，是中国特有的木本油料作物，因其丰富的不饱和脂肪酸含量（超过91.53%），尤其是α-亚麻酸含量（41.38%）而被誉为“液体黄金”。除了其经济价值，树牡丹在药用、食用、观赏以及文化方面也具有重要意义。然而，其种子产量较低，并且对非生物胁迫（如干旱、洪涝和高温）较为敏感，这限制了其商业化种植的扩展。因此，深入研究树牡丹种子发育和抗逆机制，对于提高其产量和质量至关重要。

在本研究中，科学家们通过基因组学方法，首次系统地鉴定并分析了*P. ostii*中的SCPL（丝氨酸羧肽酶样）基因家族。SCPL基因是植物生长、发育和应激反应中的关键调控因子，其功能在多种作物中已被广泛研究，但在树牡丹中的作用尚不清楚。通过全基因组筛查，研究人员共鉴定出126个潜在的*PoSCPL*基因，并对其蛋白质的理化性质、系统发育关系、染色体分布、共线性、保守结构域、基因结构以及启动子中的顺式作用元件进行了全面分析。这些分析不仅揭示了*PoSCPL*基因在树牡丹中的进化关系和功能分化，还为进一步的功能研究奠定了基础。

进一步地，研究团队分析了*PoSCPL*基因在八个组织、六个种子发育阶段以及非生物胁迫条件下的表达模式。结果表明，至少有三个基因（*PoSCPL108*、*PoSCPL61*和*PoSCPL8*）在种子发育过程中发挥重要作用，其表达水平在种子发育早期较高，随后逐渐下降。这些基因可能在种子的胚胎发育、器官形成和营养物质积累等关键过程中起作用。为了验证这些基因的功能，研究团队选择了*PoSCPL8*和*PoSCPL61*作为候选基因，在拟南芥中进行过表达实验，并在树牡丹中利用病毒诱导基因沉默（VIGS）技术进行体内功能验证。

在拟南芥中，过表达*PoSCPL61*的植株表现出提前开花的现象，同时种子形态发生显著变化，呈现出不规则、皱缩的形态，种子的长度、宽度和重量也明显减少，而*PoSCPL8*的过表达对种子的形态和重量影响较小。然而，*PoSCPL61*过表达的植株表现出显著增加的果荚数量，这表明该基因可能在调控生殖输出方面发挥重要作用。这些结果支持*PoSCPL61*在种子发育过程中可能具有负调控作用，即其表达水平越高，种子的大小越小。

为了进一步验证*PoSCPL61*的功能，研究团队在树牡丹的叶片和种子中使用VIGS技术抑制其表达。经过21天的VIGS处理后，与对照组相比，*PoSCPL61*沉默的植株种子的长度和宽度分别增加了19.2%和5.7%，种子的重量也增加了1.3倍。这些结果进一步证明*PoSCPL61*在调控种子大小方面具有负调控作用，其沉默可以显著促进种子的增大，这为提高树牡丹种子产量提供了新的思路。

此外，研究还对*PoSCPL8*和*PoSCPL61*的亚细胞定位进行了分析。结果表明，*PoSCPL8*主要定位于过氧化物酶体，而*PoSCPL61*则定位于内质网。这说明这两个基因可能在不同的细胞器中执行其功能，从而影响植物的发育和应激反应。值得注意的是，尽管使用了生物信息学工具预测亚细胞定位，但实验结果与预测存在差异，强调了实验验证在理解蛋白质功能中的重要性。

本研究的成果不仅揭示了*PoSCPL*基因在树牡丹种子发育和胁迫响应中的关键作用，还为提高树牡丹种子产量提供了遗传目标。通过调控这些基因的表达，有望开发出具有更高种子产量和更好种子质量的树牡丹品种，从而推动其在农业和经济领域的应用。未来的研究可以进一步探索这些基因在不同遗传背景下的功能，以及其调控对植物适应性和产量的广泛影响。此外，结合转录因子、激素信号通路和表观遗传调控等其他机制，可以更全面地理解*PoSCPL*基因在植物发育和抗逆性中的作用。这些发现不仅深化了对树牡丹种子生物学的理解，也为木本油料作物的可持续发展提供了重要的科学依据。