茄科酸浆属（Physalis）宿存花萼在受精后随果实发育迅速膨大而包裹浆果，形成“中国灯笼”（Chinese lantern）这一形态创新（morphological novelty）。毛酸浆（P. floridana）“双层灯笼”突变体（doll1, double-layered-lantern 1）表现为花瓣萼片化（具双层花萼）和雄蕊心皮化。该突变体是由B类MADS-box基因PFGLO1（DOLL1）缺失所致（Zhang et al., 2014 Plant Physiology）。doll1授野生型花粉后很难结实，表明其心皮功能受到显著影响，但B类MADS-box基因如何调控心皮发育功能及其调控机制尚不明确。

近日，植物所公丕昌（第九批会员）副研究员对DOLL1影响心皮发育的机制进行了解析，结果发现DOLL1在多个层面上影响心皮的发育与功能，包括形态结构、花粉管导向功能、胚珠数目和胚囊发育等过程；并进一步阐明DOLL1异位表达到心皮，招募心皮特异表达的YABBY转录因子基因P. floridana CRABS CLAW（PFCRC）为下游基因是DOLL1实现其在心皮发育调控这一新功能的重要途径。研究发现，DOLL1及其旁系同源基因PFGLO2通过与PFCRC间的遗传互作调控毛酸浆花器官的发育。PFCRC不直接调控DOLL1，但在第4轮花器官（心皮）中，DOLL1可结合PFCRC启动子上的CArG-box元件正调控PFCRC表达，调控心皮发育。DOLL1功能缺失后（doll1背景），原生心皮中PFCRC显著下调，影响心皮正常发育；但PFCRC还会被招募而表达至第2，3轮花器官中，PFCRC可结合于PFGLO2启动子上的YABBY结合位点抑制 PFGLO2表达，从而参与花瓣和雄蕊身份调控过程，这一点也得到doll1和pfcrc双基因突变体变异的支持。研究还发现，PFCRC也是一个具多效性的基因。特别地，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术获得的毛酸浆PFCRC基因编辑突变体pfcrc，特异地改变了心皮的发育，即原本由2心皮愈合的子房变成了完全开放的具背腹性的片状结构，且数目变为多个（11-14）呈螺旋状排列，每个片状器官基部边缘处着生0-3个裸露胚珠，这与裸子植物大孢子叶球类似。系统进化分析表明，PFCRC直系同源基因支系的YABBY转录因子家族是被子植物祖先中特有基因复制的结果。这些结果表明PFCRC类基因的起源可能与心皮的起源密切相关。上述研究结果为理解B类MADS-box基因和PFCRC类基因在花发育中的功能进化提供了新证据，有助于理解基因多效性的形成，并为理解心皮的起源与发育提供了新思路。

该研究成果于6月28日在线发表于国际学术期刊Journal of Experimental Botany。中科院植物所公丕昌（第九批会员）副研究员，已毕业硕士研究生宋春静和在读硕士研究生刘洪岩为论文共同第一作者，贺超英研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金，中科院战略性先导科技专项和中科院青促会等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erab309

公丕昌会员简介

公丕昌，博士，中国科学院植物研究所副研究员，2014年在中科院植物所获得博士学位并留所工作。科研工作主要围绕外显子拼接复合体（EJC）和花发育相关基因开展植物基因家族的进化和功能分化研究，旨在揭示植物育性决定、心皮起源和进化的分子机制。目前以第一作者和合作作者身份在Trends in Plant Science, The Plant Cell, Plant Physiology, The Plant Journal, Journal of Experimental Botany, Plant and Cell Physiology, Plant Molecular Biology等刊物发表研究论文10余篇，申请国家专利1项。主持国家自然科学基金青年基金和面上项目1项，2019年入选中国科学院青年创新促进会。e-mail: gongpeichang@ibcas.ac.cn