GA调控梨果实发育的关键转录因子PyWOX3的鉴定与功能解析

为解决梨果实大小调控机制不明的问题，上海交通大学团队通过外源GA处理结合转录组分析，系统鉴定了20个WOX家族基因，发现PyWOX3通过响应GA信号正向调控果实发育。该研究揭示了PyWOX3与SRR1、villin-1等蛋白互作网络，为梨果遗传改良提供了新靶点，成果发表于《Plant Growth Regulation》。

　　

梨作为重要经济作物，其果实大小直接影响商品价值。虽然已知赤霉素(GA)能促进果实发育，但具体分子机制尤其是WOX家族转录因子的调控作用尚不明确。上海交通大学农业与生物学院张才喜团队通过外源GA处理‘Housui’梨，结合多组学分析和基因功能验证，揭示了PyWOX3在GA介导的果实发育中的核心作用。

研究采用3000 ppm GA₄₊₇处理盛花期梨果柄，通过表型观测发现GA显著增加果实纵横径比和单果重。石蜡切片显示GA处理加速了石细胞退化进程。转录组分析鉴定到12天和28天分别有769和1469个差异基因，其中GA生物合成相关基因PyGA2ox8-like和信号转导基因PyGAI-like呈现动态表达。值得注意的是，WOX家族成员PyWOX3在GA处理后表达显著下调，其启动子区域含有GA响应元件P-box(CCTTTTG)。

系统发育分析将20个梨WOX基因分为现代WUS、中间型和古老进化枝，PyWOX3与蔷薇科PuWOX3-1亲缘最近。过表达PyWOX3的拟南芥表现出早花、株高增加（457-479 mm vs 对照424-452 mm）和角果长宽比提升（16.3-16.4 vs 15.6-15.7）等表型，证实其正向调控器官发育。蛋白互作预测发现PyWOX3可能与光敏蛋白SRR1（互作评分0.734）、细胞骨架蛋白villin-1等6种蛋白存在相互作用。

关键技术包括：1）外源GA处理梨树田间试验；2）石蜡切片观察细胞形态；3）Illumina NovaSeq转录组测序；4）qRT-PCR验证基因表达；5）系统发育和启动子顺式元件分析；6）拟南芥遗传转化验证基因功能。

研究结果部分：

1. GA对梨果形状和大小的影响：GA处理显著提高果实纵横径比（16 DAT达峰值）和单果重（53-128 DAT增加），石细胞数量随发育逐渐减少。
2. 差异表达基因分析：GA处理12天和28天分别调控769和1469个基因，涉及酮体代谢（pxb00072）等通路。
3. WOX家族鉴定：20个PyWOX中11个在果实中表达，PyWOX3在GA处理后持续低表达。
4. PyWOX3功能验证：过表达导致拟南芥早花（28-30天 vs 对照33-34天）、角果增重（0.19-0.20g vs 0.18-0.19g）。
5. 蛋白互作网络：预测PyWOX3与DDX11、KIN-5D等蛋白存在功能关联。

结论指出PyWOX3通过响应GA信号调控果实纵向发育，其互作蛋白网络为解析梨果形态建成的分子机制提供了新视角。该研究不仅为梨树分子育种提供了候选靶基因，也为蔷薇科果树激素调控研究建立了范式。团队提出的GA-WOX3调控模块，为通过遗传工程和激素疗法精准调控果实性状提供了理论依据。