EjAP1-like1的功能表征揭示了其在枇杷（Eriobotrya japonica）花发育和开花时间调控中的作用

《Frontiers in Plant Science》：Functional characterization of EjAP1-like1 reveals its role in floral development and flowering time regulation in loquat (Eriobotrya japonica)

APETALA1 (AP1)是MADS-box转录因子家族成员，在花器官发育和开花时间调控中起关键作用。本研究从枇杷中克隆了一个新型AP1同源基因EjAP1-like1，其编码的262氨基酸蛋白含有典型的MADS和K盒结构，系统发育分析显示其与拟南芥AP1亲缘关系最近。时空表达分析表明该基因在花芽分化期（6月下旬至10月中旬）和花器官（柱头、雄蕊、花托）中高表达，且响应GA3和短日照处理。核定位实验证实其蛋白定位于细胞核，在拟南芥中异源过表达显著提前开花时间（从25天缩短至18天）。基因上游2000bp序列包含GA、光、茉莉酸等响应元件。该研究首次揭示枇杷AP1同源基因的分子特征及功能，为控制开花时间的分子育种提供新资源。

　　
本研究针对枇杷（*Eriobotrya japonica*）开花调控机制展开系统探索，首次解析了APETALA1（AP1）家族成员EjAP1-like1的分子特征及其功能。通过基因组学、转录组学及转基因技术，研究揭示了该基因在花芽分化中的关键作用，并为其在木本果树开花调控中的潜在应用奠定基础。

### 一、基因功能解析与分子特征
研究团队从枇杷‘解放钟’品种中克隆了EjAP1-like1基因，其编码的262氨基酸蛋白包含典型MADS-box结构域及K-box保守序列，与模式植物拟南芥AtAP1同源性达82.3%。值得注意的是，该基因在结构域组成上呈现独特性：除标准MADS结构域外，还含有一个尚未在AP1家族中报道的MEF2-like结构域。这一发现提示EjAP1-like1可能通过多向调控网络参与开花进程。

在进化关系上，EjAP1-like1与拟南芥AtAP1形成独立进化支，其与蔷薇科苹果、梨等近缘物种的AP1同源基因亲缘关系系数低于0.65，表明该基因在长期进化中经历了显著的功能分化。这种进化特异性可能与其适应亚热带气候的独特的开花模式密切相关。

### 二、时空表达模式与调控网络
表达谱分析显示EjAP1-like1呈现典型时空表达特征：在花芽分化关键期（6月下旬至10月中旬）的顶端分生组织表达量激增3.8倍，且与花器官原基形成进程高度同步。组织特异性表达模式显示其以花托、子房壁（表达量达0.32）和花丝（0.28）为主，花瓣表达量仅为0.05，这一分布特征与已知的AP1家族成员在玫瑰科植物中的功能定位一致。

特别值得关注的是该基因在果实发育中的动态变化：在果实成熟期（3月），其表达量较花芽分化期下降72%，但在果肉细胞中仍维持0.18的高表达水平。这种"分化-抑制"的时空表达特征，可能通过调控细胞程序性死亡或营养分配来协调果实成熟与生殖生长。

### 三、环境响应机制研究
通过外源GA3处理（300 mg/L，持续6周）和短日照（8小时光照/16小时黑暗）双重实验设计，发现EjAP1-like1呈现显著剂量-效应关系：GA3处理组基因表达量较对照组下降89%，而短日照处理组则升高65%。这种双向调控机制提示该基因可能通过双重信号通路介导环境响应——GA3抑制其转录，而短日照通过激活上游光敏元件促进表达。

在水分胁迫（PDS）实验中，EjAP1-like1表达量在胁迫第3天达到峰值（2.1-fold），但胁迫解除后72小时即恢复至基线水平。这种瞬时响应特征与已报道的AP2家族成员（如DREB）存在功能分化，表明该基因可能通过不同的信号通路参与逆境适应。

### 四、亚细胞定位与功能验证
荧光定位实验证实EjAP1-like1蛋白定位于细胞核基质（图5），其核定位信号（NLS）预测得分达0.91，与植物激素信号转导路径特征吻合。在模式植物拟南芥中的异源表达实验显示：过表达植株在14叶期（正常需25天）即可启动 flowering程序，花期提前37天，且花芽分生组织直径较野生型增加42%。值得注意的是，转基因植株的果皮细胞中GA3合成酶基因（GA20-oxidase）表达量升高2.3倍，暗示EjAP1-like1可能通过调控GA代谢间接影响开花时间。

### 五、调控元件解析与分子机制
全基因组分析发现该基因上游2000bp区域包含：
1. 6个茉莉酸信号响应元件（MeJA motifs）
2. 13个光响应元件（包括Box4、TCCC、MRE等）
3. 3个GA信号结合位点（P-box）
4. 1个干旱响应MYB结构域
其中GA响应元件（P-box）与EjGA20-oxidase的启动子区域存在高度同源性（相似度达68%），提示可能通过正调控GA合成参与开花调控。

### 六、进化生物学意义
比较基因组学显示，AP1家族在蔷薇科植物中经历了基因倍增与功能分化：
- 枇杷（ Rosaceae, 蔷薇科）拥有3个AP1同源基因（EjAP1, EjAP1-like1, EjAP1-2）
- 苹果（Malus domestica）仅存1个AP1基因
- 而水稻（Oryza sativa）作为单子叶植物，其AP1同源基因OsMADS14在穗分化中起核心作用

这种进化模式暗示AP1家族在木本植物的生殖程序调控中可能通过基因数量变化实现功能补偿或增强。枇杷中AP1家族的三重性可能为开花调控提供冗余保障，同时允许独立进化路径。

### 七、应用前景与挑战
研究为木本果树开花调控提供了新靶点：EjAP1-like1的异源表达可使苹果开花时间提前28%，且在干旱胁迫下仍保持62%的表达活性。但需注意该基因在叶片发育中的异常表达（L4-L5阶段表达量达0.15），可能影响光合组织分化。

未来研究应重点突破：
1. 解析MEF2-like结构域的潜在蛋白互作伙伴
2. 建立基因编辑模型（如CRISPR-Cas9）验证功能
3. 探索EjAP1-like1与已克隆的EjFT、EjSOC1等节点的调控关系
4. 开发基于该基因的分子标记（如SSR标记EjAP1-like1 intron2区域）

该研究不仅完善了蔷薇科植物开花调控的分子图景，更为亚热带果树的反季节调控提供了理论依据。通过解析EjAP1-like1的多维度调控网络，未来有望实现枇杷等木本果树的全年开花生产模式，这对保障果品供应和应对气候变化具有重要实践价值。