荔枝、龙眼与红毛丹假种皮发育的转录组解析：揭示关键调控网络与进化保守性

本研究通过RNA测序技术解析荔枝(Litchi chinensis)、龙眼(Dimocarpus longan)和红毛丹(Nephelium lappaceum)假种皮(aril)发育的分子机制，鉴定出10个关键转录因子(AGL8/AP3/SHP1等)和3个功能基因(IAA8/CSLD5/CYCD3;2)，并通过原位杂交验证LcLBD1在珠柄(funicle)和假种皮细胞中的特异性表达，为经济作物肉质化结构发育提供新见解。

　　

在热带水果家族Sapindaceae中，荔枝、龙眼和红毛丹因其甜美的假种皮(aril)而广受欢迎。这种由珠柄(funicle)特化形成的肉质结构，不仅是植物适应环境的奇妙产物，更是决定果实经济价值的关键。然而，由于木本植物生长周期长、缺乏模式物种，假种皮发育的分子机制长期笼罩在迷雾中。传统研究多聚焦于果实成熟过程或活性物质积累，而对假种皮起始、分化与膨大的调控网络知之甚少。

福建农林大学基因组与生物技术研究中心的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究，首次通过多物种比较转录组揭示了假种皮发育的保守调控机制。研究选取荔枝('妃子笑'等3品种)、龙眼('96-1'等3品种)和红毛丹('保研7号'等3品种)五个发育阶段的假种皮样本，采用RNA-seq技术构建动态表达谱，结合OrthoFinder进行跨物种同源基因分析，并通过原位杂交和亚细胞定位验证关键基因功能。

关键技术包括：(1)多品种多时期采样策略(涵盖假种皮起始、薄壁期和肉质化期)；(2)Trinity+RSEM流程进行转录本定量；(3)OrthoFinder鉴定物种特异性和共享差异表达基因(DEGs)；(4)GENIE3构建转录调控网络(TRN)；(5)原位杂交精确定位LcLBD1表达模式。样本来自中国福建农科院和海南热带作物研究所提供的栽培品种。

形态学观察揭示假种皮发育轨迹
通过石蜡切片和扫描电镜发现，龙眼假种皮在授粉后30天从珠柄基部对称性突起，与早期出现的珠孔塞(obturator)存在时空分离现象。这一发现支持了假种皮"球皮vs膀胱效应"假说，即假种皮形成独立于种子发育。

转录组揭示发育阶段特异性调控
FPKM分析显示54.6%的荔枝基因在假种皮膨大期显著激活，远高于龙眼(25%)和红毛丹(25%)。趋势聚类发现bHLH和MYB家族在假种皮起始期活跃，而ERF和WRKY家族在膨大期主导。物种特异性DEGs分析表明，荔枝富集于亚油酸代谢途径，龙眼偏好谷胱甘肽代谢，红毛丹则显著激活光合作用通路。

核心调控网络的进化保守性
从共享的1,030个同源DEGs中鉴定出10个保守转录因子：MIKC-MADS家族的AGL8/AP3/SHP1、WOX13、LBD1/LBD3、OBP1和SPL2/3/9。这些基因与"胚胎后发育"、"细胞分裂"和"激素信号通路"等GO条目显著关联。特别值得注意的是，SPL家族基因在假种皮起始期高表达，而细胞周期基因CSLD5和CYCD3;2在薄壁期特异性激活。

LBD1的功能验证
系统发育分析显示LcLBD1与番木瓜CpLBD1聚枝。原位杂交证实其在珠柄、胎座和小型假种皮细胞中特异性表达，亚细胞定位显示该蛋白定位于细胞核。结合拟南芥中LBD家族促进次生生长的报道，推测LBD1可能通过调控珠柄维管形成层的分化驱动假种皮发育。

该研究首次绘制了Sapindaceae假种皮发育的跨物种调控图谱，提出假种皮可能起源于珠柄形成层的创新观点。发现的保守调控模块(如LBD1-SPL网络)为经济作物品质改良提供了分子靶点，而物种特异性代谢通路差异则解释了风味多样化的遗传基础。研究建立的假种皮发育分期系统与基因表达数据库，为后续功能验证和分子育种奠定基础。未来需在短周期模式植物(如番茄)中构建异源验证系统，以克服木本植物遗传转化的技术瓶颈。