中国板栗CmAP1基因调控开花时间与花瓣发育的分子机制研究

本研究针对中国板栗(Castanea mollissima)开花调控机制不清的问题，通过克隆CmAP1基因并解析其功能，发现该MADS-box转录因子能促进拟南芥早花并挽救ap1-11突变体的花瓣缺失表型。研究揭示了CmAP1通过上调AtAP1和AtSEPs基因参与花器官发育的分子机制，为木本坚果作物产量提升提供了新靶点。

　　

在植物发育生物学领域，开花时间与花器官形成的精确调控直接关系到农作物的产量。中国板栗作为重要的木本经济作物，其独特的雌雄异花结构和每年多次开花的特性使其成为研究木本植物开花调控的理想模型。然而，当前对板栗开花关键基因的功能认知仍存在巨大空白，特别是MADS-box家族核心成员APETALA1(AP1)在板栗中的生物学功能尚未阐明。

北京市农林科学院林业果树研究所的研究团队在《BMC Plant Biology》发表的研究填补了这一空白。研究人员通过克隆板栗CmAP1基因，结合启动子分析、亚细胞定位和转基因功能验证等系列实验，系统解析了该基因在开花调控网络中的作用机制。研究采用的关键技术包括：从板栗品种"燕红"中克隆基因序列，构建35S::CmAP1-GFP载体进行亚细胞定位；通过拟南芥异源表达系统（野生型和ap1-11突变体）进行表型拯救实验；采用RNA原位杂交技术精确定位基因表达模式；利用GUS报告系统分析启动子活性。

基因克隆与生物信息学分析

成功克隆获得741bp的CmAP1编码序列，编码含MEF2-like和K-box典型结构域的246个氨基酸蛋白。系统发育分析显示CmAP1与杨树AP1亲缘关系最近，暗示其在木本植物中的功能保守性。

表达模式解析

RNA原位杂交揭示CmAP1在花序分生组织、花原基及各轮花器官原基中动态表达，雌花中表达量显著高于雄花。启动子驱动的GUS报告系统在拟南芥中再现了该基因在叶缘、花瓣和心皮中的特异表达模式。

功能验证实验

在拟南芥中异源表达CmAP1使野生型开花时间提前14.3天，并完全挽救ap1-11突变体的花瓣缺失表型。分子机制研究表明CmAP1通过上调内源AtAP1及SEPALLATA(AtSEP1-4)基因实现功能互补。

启动子顺式元件鉴定

在2124bp启动子区发现茉莉酸响应元件(TGACG motif)、生长素响应元件(TGA element)和WRKY转录因子结合位点(W-box)，暗示激素信号可能通过调控CmAP1参与花器官发育。

该研究首次证实CmAP1在板栗中兼具调控开花时间和花瓣发育的双重功能，其通过保守的MADS-box蛋白互作网络发挥作用。特别值得注意的是，CmAP1能跨物种补偿拟南芥ap1-11突变体的花瓣发育缺陷，这一发现为理解AP1基因在双子叶植物中的功能进化提供了新视角。研究建立的板栗开花调控研究体系，为后续通过分子育种手段调控板栗花期、提高坐果率奠定了理论基础，对木本经济作物的遗传改良具有重要参考价值。