番茄开花调控新机制：AP1/FUL类转录因子在生殖分生组织命运决定中的功能冗余与协同作用

本研究揭示了番茄中AP1/FUL类MADS-box转录因子（MC、FUL2和MBP20）通过功能冗余调控生殖分生组织发育的新机制。通过整合分子遗传学、基因组学和蛋白互作分析，发现这些因子协同控制花序分生组织（IM）和花分生组织（FM）的生殖活性维持，其中MC特异性调控TFL1同源基因SP的表达。该研究为作物开花调控网络的进化保守性提供了重要见解。

　　

【番茄开花调控的分子机制】

番茄（Solanum lycopersicum）作为典型的光周期敏感作物，其开花过程受到复杂的基因调控网络控制。最新研究发现，AP1/FUL类MADS-box转录因子在番茄生殖发育过程中展现出独特的功能冗余模式，这一发现为理解作物开花调控的进化机制提供了新视角。

【AP1/FUL类基因的功能重叠】

研究团队通过系统发育分析发现，番茄中AP1直系同源基因MACROCALYX（MC）与FUL-like基因FRUITFULL2（FUL2）、MADS-BOX PROTEIN 20（MBP20）在蛋白互作谱上高度相似。酵母双杂交实验证实，MC能与J、J2、TM3等关键MADS-domain蛋白形成异源四聚体，这种互作模式与FUL2高度重叠。启动子-GUS报告系统显示，FUL2在营养分生组织（VM）中早期表达，而MC在过渡分生组织（TM）和花分生组织中表达显著增强。

【生殖转换的协同调控】

利用CRISPR/Cas9技术构建的多突变体揭示了这些基因的功能冗余性：在初生茎中，ful2 mbp20双突变导致开花延迟1-2片叶，而mc单突变仅延迟1片叶；但在合轴茎中，mc ful2 mbp20三突变表现出惊人的表型——第三合轴单元开花延迟达24片叶。这种条件依赖性表型差异暗示AP1/FUL类基因是合轴开花的主要决定因子。

【花序结构的决定性作用】

深入的表型分析发现：mc单突变花序在形成几朵花后会恢复营养生长；ful2 mbp20双突变则因FM成熟延迟导致花序分枝；而三突变体更早出现营养逆转，仅形成1朵具叶状萼片的花后即产生大量营养芽。显微观察揭示这些突变体中花序分生组织（IM）逐渐丧失生殖特性，转化为类营养分生组织（IML）。

【关键靶基因的鉴定】

通过RNA-seq比较野生型与突变体的FM/IM转录组，发现576个差异表达基因（DEGs）。其中AHL15-like、WRI3/4-like、WRKY28和KIX9-like等转录因子在突变体中显著上调。值得注意的是，SP（SELF PRUNING）基因在mc突变体FM中表达量激增20倍，这可能是导致营养逆转的关键因素。

【DNA结合特性的揭秘】

DAP-seq技术解析了MC/FUL2与J、J2、TM3形成的复合体在全基因组范围的结合特征。结果显示两者识别相同的CArG-box motif（CC(A/T)₆GG），但MC-J复合体对SP基因3'端开放染色质区域的CArG-box具有独特结合能力。EMSA和ampDAP-qPCR验证了MC特异性结合SP下游调控元件的特性。

【表观调控层面的发现】

组蛋白修饰分析显示SP基因座被H3K27me3标记广泛覆盖，其上游转座元件区域还存在DNA甲基化修饰。这种表观沉默状态解释了为何DAP-seq未能检测到SP启动子区域的显著峰，也暗示MC可能作为先锋因子穿透封闭染色质实现SP的持续抑制。

【进化视角的启示】

与拟南芥不同，番茄中AP1/FUL类基因主要功能是维持生殖活性而非决定花器官特性。这种功能分化可能源于：1）AP1特异性C端基序使其获得先锋因子特性；2）SP-TFL1调控模块在茄科中的功能创新。研究提出了保守的FT/SPL-AP1/FUL-CKX/AP2模块控制生殖转换，而LFY-UFO-ABC模块决定花器官发育的双轨制模型。

该研究不仅阐明了番茄开花调控的核心机制，更为作物改良提供了重要靶点。特别值得注意的是，AP1/FUL类基因在单子叶和双子叶植物中保守的生殖调控功能，为理解开花植物适应性进化的分子基础开辟了新思路。