莴苣包括生菜（叶用莴苣）和莴笋（茎用莴苣）两个主要类型。莴笋是如何从细茎演化成粗壮的肉质茎，是蔬菜发育生物学中的一个有趣问题。近日，98堂-91直播 莴苣研究团队在The Plant Journal上发表题为The mutated CYTOKININ OXIDASE/DEHYDROGENASE 7 promotes cell division in pith and plays a critical role in the development of stem lettuce的研究论文，首次揭示了导致莴笋茎部膨大的关键基因突变。利用集群分离分析法（BSA）结合RNA测序，在一个由莴笋和生菜杂交产生的分离群体中，精细定位并克隆了候选基因，成功鉴定出一个名为 LsCKX7 的基因。该基因编码细胞分裂素脱氢酶，负责降解植物体内的细胞分裂素。在莴笋中该基因发生功能丢失突变，不可降解茎髓中的细胞分裂素，进而使细胞分裂素积累，细胞分裂活性增加，最终形成粗壮的肉质茎。通过 CRISPR/Cas9 基因编辑技术敲除该基因后，不同季节种植的 LsCKX7-KO 敲除突变体，茎粗较 LsCKX7 野生型材料增加 9.6% 至 25.3%，进一步验证了其在茎发育中的核心功能（图1）。
图1、敲除LsCKX7 使莴苣茎变粗
研究发现，LsCKX7突变不仅改变了细胞分裂素含量并促进细胞分裂素信号途径，同时抑制了赤霉素信号途径并使植株株高降低，显示两种激素在莴笋茎发育调控中的crosstalk。这一推论在赤霉素外施实验中得到验证。莴苣外施赤霉素后，植株变高，同时植株的细胞分裂素IP和IPR的水平显著降低、茎秆变细（图2）。
图2、施用赤霉素降低茎中细胞分裂素含量，使植株更高，茎更细
对大量生菜和莴笋品种中的LsCKX7基因DNA序列分析发现，该基因存在两种功能缺失突变，且这两种突变等位基因只出现在莴笋品种中，而且绝大部分莴笋品种为突变类型，表明 LsCKX7 在莴笋形成过程中起重要作用。这一发现不仅为莴笋的分子育种提供了可直接应用的功能基因标记，也为其他茎菜类蔬菜的茎部发育研究提供了重要参考。
论文第一作者为莴苣团队博士生张俊利，通讯作者为匡汉晖教授和王昕研究员。该研究由98堂-91视频 、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室等单位共同完成，得到国家自然科学基金重点项目和青海省自然科学基金等项目的资助。
论文链接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70911
文字：张俊利
审核：王昕、匡汉晖
