《Legume Science》：Genome-Wide Identification of YABBY Genes in Medicago truncatula Reveals a Role for MtYAB3 in Petal Lateral Expansion
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YABBY转录因子（YABBY transcription factors）是侧生器官发育的植物特异性调控因子，但其在豆科植物花形态建成中的功能仍知之甚少。研究人员在蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）基因组中鉴定了7个YABBY基因，并将其归入
YABBY转录因子（YABBY transcription factors）是侧生器官发育的植物特异性调控因子，但其在豆科植物花形态建成中的功能仍知之甚少。研究人员在蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）基因组中鉴定了7个YABBY基因，并将其归入5个保守亚家族。在两个FIL分支成员MtFIL和MtYAB3中，两者均在茎尖和生殖组织中优先表达，但仅MtYAB3的缺失导致明显的花表型。在mtyab3-1突变体中，龙骨瓣和翼瓣显著变窄，花瓣融合受损，而早期花瓣原基起始未见明显异常。互补实验恢复了突变体表型，支持MtYAB3的破坏是导致花缺陷的原因这一结论。GUS染色和RNA原位杂交进一步表明，MtYAB3在花组织中表达，并在器官发育过程中具有明显的远轴极性。此外，多个与细胞增殖和扩展相关的基因在mtyab3-1中差异表达。这些结果将MtYAB3鉴定为蒺藜苜蓿花瓣侧向生长的重要调控因子，并为理解豆科植物花瓣形态建成提供了有用的框架。
YABBY基因编码植物特异性转录因子，其蛋白含有N端C2C2锌指结构域（一种由两对半胱氨酸配位结合锌离子的结构）和C端HMG样YABBY结构域，在侧生器官发育、远轴-近轴极性建立、叶片扩展、花器官形成等过程中发挥重要作用。虽然YABBY基因已在多种植物中被鉴定，但豆科植物中该类基因对花形态建成的贡献尚不清楚。尤其是蝶形花科植物的花具有特化的旗瓣、翼瓣和龙骨瓣，其协调的侧向扩展与融合是花结构和生殖功能的基础。因此，直接在豆科植物中研究YABBY基因功能具有重要价值。研究人员在蒺藜苜蓿中开展了全基因组鉴定，获得7个YABBY基因，并聚焦于FIL分支成员MtYAB3，通过突变体表型、遗传互补、表达模式及分子调控分析，揭示了MtYAB3在花瓣侧向扩展中的关键作用。该研究发表于《Legume Science》。
为开展研究，研究人员从TAIR和Phytozome获取了拟南芥（6个）、水稻（8个）和大豆（17个）的YABBY蛋白序列，利用BLASTP搜索蒺藜苜蓿基因组，经SMART和NCBI CD-search确认结构域；通过MAFFT比对和IQ-TREE构建最大似然系统发育树；利用MEME分析保守基序。突变体mtyab3-1、mtyab3-2、mtfil-1和mtfil-2来源于Noble Research Institute的Tnt1反转座子标签群体（R108背景），经反向遗传筛选获得。表达分析采用qRT-PCR；空间表达模式通过proMtYAB3:GUS报告基因和RNA原位杂交检测；花瓣形态通过体视显微镜测量和扫描电镜观察；生长相关基因表达用qRT-PCR检测。
3.1 全基因组鉴定与系统发育分析：通过BLASTP搜索和结构域验证，在蒺藜苜蓿基因组中鉴定到7个非冗余YABBY基因，所有候选蛋白均含有C2C2锌指和YABBY结构域，预测定位在细胞核。系统发育分析将这7个基因归入5个保守亚家族，其中MtFIL和MtYAB3属于FIL分支。
3.2 基因结构与染色体定位：基因结构分析显示，MtYAB2a和MtYAB2b各有6个外显子和5个内含子，其余5个MtYAB基因各有7个外显子和6个内含子。染色体定位表明，MtYAB2a位于2号染色体；MtFIL、MtYAB3、MtYAB2b和MtYAB5位于4号染色体；MtCRC和MtINO位于5号染色体。
3.3 保守基序鉴定：MEME分析发现所有MtYAB蛋白共享两个保守区域，分别对应C2C2锌指结构域和HMG样YABBY结构域。此外，基序5、6、9为MtFIL和MtYAB3共有，基序10仅存在于MtYAB3，这些基序在FIL分支内特异分布；基序7为YAB2分支特异，基序8为MtCRC和MtINO特异。
3.4 FIL分支MtYAB基因的表达模式：qRT-PCR分析显示，MtFIL和MtYAB3均在茎尖和生殖组织（花、种子）中高表达，在营养器官中表达较低，提示二者可能参与分生组织和生殖发育。
3.5 MtYAB3突变体的分离和鉴定：通过Tnt1插入获得了MtYAB3的两个等位基因，其中mtyab3-1插入在外显子2，导致转录本缺失，表现出明显的花表型；mtyab3-2插入在内含子2，转录本仍可检测，表型与野生型无异。互补实验恢复突变体表型，确认花缺陷由MtYAB3功能丧失引起。mtfil-1和mtfil-2均为转录本缺失突变，但未观察到可见的营养或花器官异常。mtyab3-1的龙骨瓣和翼瓣显著变窄，且龙骨瓣之间及与翼瓣的融合丧失，其他花器官（旗瓣、萼片、雄蕊、心皮）未见异常。
3.6 MtYAB3的时空表达模式：proMtYAB3:GUS报告基因染色显示，GUS信号主要在龙骨瓣与翼瓣连接处、花药和萼片毛状体中检测到。RNA原位杂交进一步表明，MtYAB3在花原基起始位点（第1期）即开始表达，随后在第2至第7期特异地在花瓣、萼片和心皮原基的远轴侧表达，后期信号局限于花药囊内壁。花瓣形态测量显示，mtyab3-1的龙骨瓣和翼瓣宽度显著减小，长度变化较弱，导致长宽比显著增加，表明MtYAB3主要影响花瓣侧向扩展。扫描电镜观察显示，mtyab3-1的早期花瓣原基起始与野生型无明显差异，但成熟期龙骨瓣之间出现可见分离。
3.7 生长相关基因在野生型和mtyab3-1花瓣中的表达：qRT-PCR检测发现，与野生型相比，mtyab3-1花瓣中多个促进细胞增殖和扩展的基因（如MtANT、MtCYCD3;3、MtJAG1、MtJAG2、MtEBP1、MtSWP）显著下调，而MtUBP15、MtROT4、MtEXP10、MtRGA、MtPPD等基因表达上调；MtAN3、MtKLUH、MtROT3、MtDA1和MtARF2无显著差异。这些转录变化与花瓣侧向扩展减弱一致，但尚不能确定这些基因是否为MtYAB3的直接靶标。
讨论部分指出，MtYAB3主要在花瓣生长后期发挥作用，而非早期原基起始。花瓣融合缺陷可能与侧向扩展减少有关，但不能排除花对称性、器官边界或花瓣身份等途径的独立贡献。MtFIL与MtYAB3表达模式相似，但单突变体未显示表型，提示可能存在功能冗余或条件依赖性效应。生长相关基因的差异表达为理解mtyab3-1表型提供了初步分子线索。另外，mtyab3-1中观察到种子产量降低和荚果、种子形态改变，这可能是花瓣结构异常间接影响授粉，也可能与MtYAB3在生殖组织中的直接作用有关，现有数据尚无法区分。
结论：本研究在蒺藜苜蓿中鉴定了7个YABBY基因，并表明MtYAB3是龙骨瓣和翼瓣正常侧向扩展所必需的。MtYAB3的缺失降低了花瓣宽度，并与花瓣融合缺陷相关，而早期花瓣原基形成基本正常。这些发现表明MtYAB3主要在花瓣生长期间而非早期花瓣起始中发挥作用，为理解豆科植物花部结构的遗传调控提供了见解。
