科學家揭示番茄閉花授粉形成機制

福建農林大學教授吳雙團隊首次解析了番茄通過形成特殊表皮毛，改變花的結構，進而改變授粉方式的分子機制。該研究為未來改造植物授粉方式，增加結實率和提高植物的逆境適應力，以及未來轉基因作物的安全控制提供了重要參考。4月4日，相關研究在《科學》在線發表。

番茄是茄科植物中少數由開花授粉轉變為閉花授粉的園藝植物之一，但目前科研界對于番茄閉花授粉方式形成的機制并不完全清楚。

本研究首先發現現代栽培番茄的花藥邊緣形成了一類特殊的表皮毛結構，通過相互鉸鏈，形成一個類似拉鏈的結構，將相鄰的花藥緊緊鎖住，形成密閉的花藥桶結構。通過遺傳篩選，研究人員發現，當控制番茄表皮毛的關鍵調控因子發生負顯性突變時，番茄閉花授粉結構被破壞，花藥散開的現象。研究人員進一步鑒定到此負顯性突變影響的多個關鍵基因，發現這些關鍵基因同屬于一類可以激活下游基因表達的HD-Zip IV轉錄因子。它們不但在番茄花藥鎖扣表皮毛起始細胞中高表達，并且通過蛋白濃度劑量效應調控鎖扣表皮毛的起始和核內復制。

有趣的是，這些HD-Zip IV轉錄因子同時也在花柱的頂部區域高表達，同樣通過濃度劑量調控花柱細胞的核內復制，進而促進花柱的極性伸長。

在番茄花柱中，研究人員發現HD-Zip IV轉錄因子調控花柱長度決定因子Style 2.1的空間表達。因此推測在番茄進化早期，HD-Zip IV轉錄因子時空表達的改變促進番茄花藥形成閉合結構，但同時也促進花柱伸長外露。在這個階段，由于野生番茄中的自交不親和尚未解除，自花授粉難以發生，這樣的花結構使得野生番茄仍然能夠通過昆蟲傳粉完成受精和繁殖。當自交不親和性狀突變缺失后，人為馴化傾向于篩選具有Style 2.1突變的后代，形成花柱內縮,以及花藥桶緊閉的完全閉花授粉結構。

據悉，福建農林大學園藝學院博士后吳敏亮、碩士邊欣欣和碩士生黃奔奔為論文共同第一作者，吳雙為論文通訊作者。福建農林大學園藝學院、未來技術學院為論文第一完成單位。