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为探究 E2F 转录因子调控植物花粉活力的机制，研究人员对苜蓿中 E2F 基因家族开展全基因组鉴定及表达分析。发现 5 个 MsE2F 基因分属 3 组，其启动子含多种调控元件，且在花粉管伸长中差异表达，其中 MsE2F5 通过结合 ABPs 启动子调控花粉管生长，为苜蓿分子育种提供新方向。
花粉作为被子植物有性生殖的核心载体，其活力直接决定种子产量与作物繁殖效率。在植物中，花粉管需经历萌发、极性生长等过程才能完成受精，但目前转录因子调控花粉活力的分子机制仍不明确，尤其是 E2F（Early 2 Factor）家族在其中的作用鲜见报道。苜蓿（Medicago sativa）作为全球重要的豆科牧草，其种子产量受花粉活力影响显著，而现有研究对其生殖发育的分子基础解析不足，制约了高种子产量品种的培育。
为填补这一空白，中国农业大学的研究人员开展了苜蓿 E2F 基因家族的系统研究，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》。该研究通过多维度分析，揭示了 E2F 家族成员在苜蓿花粉管伸长中的功能，为理解植物生殖发育调控网络及苜蓿分子育种提供了关键线索。
研究主要采用以下技术方法：
- 全基因组鉴定：利用 Blast P 和 HMMER3.0 工具，以拟南芥 E2F/DP 蛋白序列为查询序列，从苜蓿基因组中筛选出 5 个 MsE2F 基因。
- 表达分析：通过 RT-qPCR 检测 MsE2F 基因在不同组织及花粉管伸长阶段的转录水平。
- 功能验证：运用酵母单杂交（Y1H）技术验证 MsE2F5 与 Actin 结合蛋白（ABPs）启动子的互作关系，结合亚细胞定位分析明确其调控机制。
3.1 苜蓿 MsE2F 基因家族的鉴定与染色体定位
通过基因组筛查，研究人员在苜蓿中鉴定出 5 个 MsE2F 基因（MsE2F1-5），分属 E2F、DP 和 DEL 三个亚家族，分布于 4 条染色体上。其中 Chr4 携带 2 个基因，其余染色体各含 1 个。系统发育分析显示，苜蓿与蒺藜苜蓿（M. truncatula）、拟南芥（Arabidopsis）等物种的 E2F 蛋白具有保守的进化关系，暗示功能相似性。
3.2 基因结构与顺式调控元件分析
MsE2F 基因的外显子 - 内含子结构在亚家族间差异显著，DP 亚家族成员（如 MsE2F3、MsE2F4）具有更多外显子，可能赋予其功能多样性。启动子分析表明，MsE2F 基因携带大量与植物生长、激素信号（如 ABA、生长素响应元件）及胁迫响应相关的顺式调控元件，提示其广泛参与多重生物学过程。
3.3 组织表达模式与花粉管伸长中的动态变化
RT-qPCR 结果显示，MsE2F 基因呈现组织特异性表达：MsE2F1 和 MsE2F5 为组成型表达，在根、花、种子中丰度较高；MsE2F2 和 MsE2F3 特异表达于种子，MsE2F4 则富集于根。在花粉管伸长阶段，5 个基因表达均呈先升后降趋势，1 小时时达峰值，暗示其在花粉管早期生长中的关键作用。
3.4 MsE2F5 的亚细胞定位与调控机制
亚细胞定位显示，MsE2F5 定位于细胞核，符合转录因子特征。酵母单杂交实验证实，MsE2F5 可直接结合 ABPs（包括 MsFORMIN、MsADF、MsPROFILIN、MsFIMBRIN）的启动子区域，调控其表达。ABPs 是肌动蛋白细胞骨架动态调控的核心因子，其在花粉管伸长中通过调节肌动蛋白丝的组装与解聚发挥作用，而 MsE2F5 与 ABPs 的互作揭示了其通过细胞骨架调控花粉管生长的分子路径。
讨论与结论
本研究首次系统解析了苜蓿 E2F 基因家族的组成与功能，发现该家族通过调控花粉管伸长影响花粉活力，其中 MsE2F5 作为 DEL 亚家族成员，通过直接调控 ABPs 基因表达驱动肌动蛋白细胞骨架动态变化，为花粉管快速生长提供分子基础。研究结果不仅拓展了对植物 E2F 家族在生殖发育中功能的认知，也为苜蓿种子产量的分子改良提供了潜在靶点（如 MsE2F5 及其调控通路）。未来进一步解析 MsE2F5 与 ABPs 的协同作用网络，将为作物生殖生物学研究及高效育种策略开发提供更深入的理论支撑。
