文獻題目：Thorn specification in citrus plants by an SHI/STY family transcription factor

發(fā)表期刊：Current Biology

影響因子：7.5

物種：柑橘

發(fā)表時間：2026.2.2

發(fā)表單位：華中農(nóng)業(yè)大學

藍景科信提供：DAP-seq技術(shù)服務(wù)

主要研究內(nèi)容

柑橘刺是由有限生長腋生分生組織發(fā)育而來的特化防御器官，生產(chǎn)中影響栽培與采收。前期研究已明確TI1/TI2可通過抑制CsWUS決定刺的發(fā)育，CsCEN能維持腋分生組織的無限生長，但啟動刺發(fā)育并調(diào)控TI1/TI2的上游關(guān)鍵因子與分子機制仍不明確。

本研究先通過比較轉(zhuǎn)錄組篩選獲得在刺原基中特異表達的SHI/STY家族基因TI3，敲除TI3后，植株原本著生刺的部位全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉种蛐菝哐?，證明TI3是控制柑橘刺身份決定的關(guān)鍵調(diào)控因子。通過DAP-seq全基因組鑒定TI3結(jié)合位點，共得到2945個顯著富集峰，其中46.99%位于啟動子區(qū)域；確定其特異性識別CTAG 核心基序，而非經(jīng)典 SHI/STY 元件。經(jīng)EMSA與雙熒光素酶實驗驗證，TI3依賴該基序直接激活TI1、TI2轉(zhuǎn)錄，同時可結(jié)合自身3'UTR區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自激活；遺傳上位實驗進一步證明，CsCEN-CsFD復合物在腋分生組織中抑制TI3表達，從而維持分枝發(fā)育。

該研究系統(tǒng)揭示了柑橘刺與分枝的命運抉擇機制，為培育無刺柑橘品種提供了關(guān)鍵靶點與理論支撐，具有重要科學價值與應用前景。

圖1. TI3基因是柑橘類植物刺狀特征形成的必要因子。（A）節(jié)位區(qū)域刺與腋生分生組織（AM）的位置模式示意圖。（B）34個差異表達轉(zhuǎn)錄因子基因的熱圖。（C）通過RT-qPCR驗證三葉橙莖與刺中TI1、TI2、MYB62、NST1的表達量。（D）TI3基因基因組結(jié)構(gòu)示意圖。（E）TI3基因突變位點示意圖。（F）刺狀結(jié)構(gòu)發(fā)育命運分析。（G-I）TI3突變可使刺狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為枝條。

圖2. TI3終止刺分生組織活性、且在刺中特異性表達。（A、B）野生型（WT）（A）與ti3突變體（B）的掃描電鏡（SEM）圖像。（C-E）第8發(fā)育時期，野生型（C）、ti3突變體（D、E）葉腋處掃描電鏡圖。（F-H）野生型（F）刺、ti3突變體（G、H）刺轉(zhuǎn)枝條的宏觀表型。（I-N）野生型（WT）（I、K、M）與ti3#1突變體（J、L、N）刺著生位置的CsWUS基因RNA原位雜交結(jié)果；為第7、8、9發(fā)育時期的橫切切片。（O）不同組織中TI3基因的RT-qPCR表達分析。（P-W）野生型植株刺發(fā)育過程中TI3 RNA原位雜交檢測。（P）采用TI3正義探針的陰性對照。（Q-U）第4至9發(fā)育時期的橫切切片。（V、W）早期與晚期發(fā)育階段的縱切切片。

圖3. CsCEN通過抑制TI3避免異位刺的發(fā)生。（A-D）cscen突變體第 7、8、9、10 發(fā)育時期橫切切片的TI3 RNA原位雜交結(jié)果。

圖4. TI3通過結(jié)合CTAG基序直接激活TI家族基因表達。（A）野生型與ti3突變體新生嫩梢的轉(zhuǎn)錄組差異基因火山圖。（B）野生型與ti3突變體嫩梢中TI1、TI2、TI3基因的RT-qPCR 檢測。（C、D）TI3的DAP-seq結(jié)合峰分布（C）及富集程度最高的TI3結(jié)合核心基序（D）。（E、F）TI1（E）與TI2（F）基因座位的TI3結(jié)合峰基因組瀏覽圖。（G）報告載體與效應載體構(gòu)建示意圖。（H-J）TI3依賴CTAG基序激活TI1、TI2啟動子活性。（K、L）體外實驗驗證TI3直接結(jié)合CTAG基序。

圖5. TI3通過結(jié)合自身3'UTR實現(xiàn)自激活。（A）TI3基因位點的 TI3 結(jié)合峰基因組瀏覽圖。（B-D）TI3可激活自身啟動子。（E-F）TI3結(jié)合自身3' UTR內(nèi)的CTAG富集元件。（G）EMSA實驗。

圖6. 三種蕓香科植物中TI3同源基因的刺特異性表達。（A-I）澳洲指橘（Citrus australasica）（A-C）、山小橘/東風桔（Atalantia buxifolia）（D-F）及三葉蜜橘（Triphasia trifolia）（G-I）的植株表型。（J-L）RT-qPCR檢測CaTI3、AbTI2、TtTI3在幼莖與刺中的表達水平。（M-O）澳洲指橘 （M)、東風桔 （N)、三葉蜜橘 （O）中TI3同源基因的RNA原位雜交表達定位。

圖7. TI3調(diào)控腋生分生組織命運決定的分子模型。左側(cè)為刺發(fā)育通路：TI3于第4發(fā)育時期起始表達，隨后依次激活TI2（第7時期）與TI1（第8時期），共同促進分生組織有限生長特性；在第8時期的刺原基中，TI1與TI2協(xié)同抑制CsWUS表達，最終促使腋生分生組織分化為刺。右側(cè)為腋生分生組織維持通路：CsCEN-CsFD復合物抑制TI3與TI1的表達，從而持續(xù)維持CsWUS表達水平，保持分生組織的無限生長狀態(tài)。