近日，南京农业大学滕年军教授团队分别在园艺学与植物学期刊Horticulture Research和Journal of Experimental Botany上发表了题为“The transcription factor CmLEC1 positively regulates the seed-setting rate in hybridization breeding of chrysanthemum”和“A novel ERF transcription factor, CmERF12, negatively influences chrysanthemum embryo development” 的最新研究成果。两篇研究论文背靠背地解析了植物胚胎发育正调控转录因子CmLEC1和负调控转录因子CmERF12在菊花远缘杂交中胚胎败育的分子机制，并且发明了一种全新的克服植物远缘杂交生殖障碍的方法。

植物远缘杂交是杂交育种的一种方式，指不同种间、属间植物甚至亲缘关系更远的物种之间的杂交，已在农作物新品种培育方面发挥了巨大作用。然而，与近缘杂交相比，远缘杂交亲本遗传背景差异更大，更容易出现杂交生殖障碍和导致杂交失败。迄今，许多技术广泛用于克服远缘杂交生殖障碍，如特殊授粉、幼胚拯救等，但很多情况下效果并不明显。

针对植物远缘杂交中普遍存在生殖障碍现象，作者在前期研究中以菊花为材料，发现胚胎败育是其远缘杂交生殖障碍的主要形式，其中NF-YB类转录因子CmLEC1、AP2/ERF类转录因子CmERF12很可能参与了胚胎发育调控(Zhang et al. BMC Genomics, 2016,17:585)。发表在Horticulture Research上的论文对CmLEC1功能和作用机制进行了详细解析。作者发现过表达CmLEC1转基因菊花能促进杂交胚胎的正常发育，显著提高远缘杂交结实率，而amiR-CmLEC1干扰下调转基因菊花的远缘杂交结实率则显著降低。为深入研究CmLEC1正调控菊花胚胎发育的分子机制，作者通过酵母文库筛选获得CmLEC1互作蛋白CmC3H，并通过酵母双杂交、LCI、BiFC和Pull-down等实验验证了该互作，同时挖掘到CmLEC1的靶基因CmLEA，进一步研究发现CmLEC1可通过与CCCH锌指蛋白CmC3H相互作用形成复合物，进而结合CmLEA启动子的CCAAT基序促进其转录。

发表在Journal of Experimental Botany上的论文对CmERF12功能和作用机制进行了详细解析。作者研究发现CmERF12在菊花杂交得到的败育胚胎中特异高表达，其蛋白是一个包含EAR基序的AP2/ERF家族转录抑制子。在拟南芥中异源过表达CmERF12显著降低其结实率，而在菊花中下调CmERF12的表达，菊花的杂交结实率则显著提高。为深入研究CmERF12负调控胚胎发育的分子机制，作者通过酵母文库筛选获得CmERF12互作蛋白CmSUF4，酵母双杂交结果表明CmERF12与CmSUF4互作区为CmSUF4蛋白165–248 aa，同时LCI和BiFC实验进一步证实了该互作。进一步的研究发现CmSUF4可以直接结合胚胎发育相关基因CmEC1的启动子激活其表达，而CmERF12-CmSUF4的相互作用显著降低了CmSUF4激活其靶基因CmEC1的能力，进而间接影响胚胎发育。

两篇论文从正反两方面解析了CmLEC1 和CmERF12调控胚胎发育的分子机制，丰富了植物转录因子调控胚胎发育的理论知识。更为重要的是，研究中采用基因工程技术对调控胚胎发育的单个关键基因进行操作，就可提高远缘杂交结实率，这为克服其它农作物远缘杂交生殖障碍提供了一种全新的方法和思路，具有重要的应用前景。

发表在Horticulture Research论文的第一作者是博士生徐素娟，青年教师吴泽博士和研究生侯慧中、赵静雅、张凤姣、滕人达、丁利平参与了研究。发表在Journal of Experimental Botany论文的共同第一作者为研究生徐素娟、侯慧中和吴泽博士，赵静雅、张凤姣、滕人达参与了研究。滕年军教授为两篇论文的通讯作者，陈发棣教授参与了项目的指导。本研究由我校独立完成，得到了国家自然科学基金和教育部新世纪优秀人才项目资助。

滕年军教授团队研究方向为花卉生殖发育与逆境生物学，目前主要从事百合花粉发育和逆境生理、百合育种与产业化等方面的研究与应用工作。近年来，团队还在Plant Physiology、Environmental and Experimental Botany、Plant Cell and Physiology等期刊上发表多篇相关研究论文，建有1个100多亩的百合资源保存、研究与产业化示范基地和“江苏省省级作物种质圃（百合）”。

文章链接：

(1) https://doi.org/10.1038/s41438-021-00625-9

(2) https://doi.org/10.1093/jxb/erab398

校对：葛焱

编辑：谷雨

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