WOX家族基因SlLAM1调控番茄复叶和花器官发育

WUSCHEL-related homeobox（WOX）家族是一类植物特异的转录因子，在高等植物的生长发育如胚胎发生、侧枝等发育中发挥重要的作用。WOX转录因子属于同源异型域（homeodomain）超家族，具有约60个氨基酸组成的典型的DNA 结合结构域。根据已有报道，WOX家族中WOX1同源基因的突变体如烟草lam1、拟南芥wox1 prs双突变体、矮牵牛maw、蒺藜苜蓿stf和豌豆lath都表现出叶片变窄的表型，说明WOX1基因在调控叶片中侧轴发育过程中的保守功能。而WOX1在模式复叶植物番茄叶片中的作用还未见报道。

为了深入挖掘WOX1基因在复叶发育中的多样化功能，版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室陈江华团队以番茄为模式植物，以反向遗传学策略对番茄WOX1基因即SlLAM1展开研究。分析显示：与拟南芥的15个WOX成员一致，番茄的10个WOX成员也可聚为三个亚支：现代支、中间支及古代支。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术获得现代支中SlLAM1基因的缺失功能突变体sllam1，发现该突变体呈现出叶片显著变窄甚至形成针状结构、花瓣变窄且彼此分离、柱头轻微开裂或分裂成多个、育性显著降低等表型。有意思的是，该突变体次级小叶数目相比野生型明显减少，随后通过扫描电镜分析发现是小叶起始受到影响导致其数目减少。进一步选取了野生型和突变体的顶端分生组织进行转录组测序，总共鉴定到1358个差异表达基因，其中生长素的合成和代谢（YUCCA3和 IAMT1）、极性运输（PIN）、激素响应（SAUR67）等相关基因均被显著下调。此外，叶片极性发育基因及叶片生长相关的转录因子也被大量下调，这表明SlLAM1可能通过招募这些植物激素和叶片生长相关基因来共同调控番茄复叶发育进程。该研究揭示了WOX1/ SlLAM1保守的，而又分化的生物学功能以及其对双子叶植物叶片结构演变的多效作用。

相关研究结果以The WOX family transcriptional regulator SlLAM1 controls compound leaf and floral organ development in Solanumlycopersicum为题发表于国际学术期刊Journal of Experimental Botany。同期配有法国里昂大学、法国国家科学研究中心Michiel Vandenbussche研究员撰写的题为The role of WOX1 genes in blade development and beyond的评论文章。已毕业硕士生王超群和助理研究员赵宝林为论文的共同第一作者，版纳植物园陈江华研究员和美国俄克拉荷马州立大学Million Tadege教授为通讯作者。

番茄基因编辑的sllam1 突变体突变位置及叶表型。(A) CRISPR/Cas9敲除的靶点设计；该基因具有四个外显子，用黑色方框表示，两个靶点分别选在第一个外显子和第三个外显子区域（三角形标记）。(B-C) sllam1突变体的突变方式及蛋白结构；红色为靶点序列，两个突变体分别为双等位突变和纯合突变。(D) sllam1突变体的叶表型；与野生型相比，突变体的叶片变窄或形成针状结构。(E) slam1-1突变体的初级小叶数目增多，次级小叶数目减少；(F) sllam1突变体在 P3时期未发生小叶的起始

过表达番茄的SILAM1基因能恢复烟草lam1突变体的表型