柑橘是我国重要的经济果树，品种改良意义重大。由于柑橘童期长、珠心多胚和雌/雄不育性，常规杂交育种进程缓慢。利用细胞工程和基因编辑等生物技术手段能有效规避常规育种障碍。体细胞胚发生是生物技术改良的重要再生途径。解析柑橘体细胞胚发生机理，将为提高柑橘离体再生效率和促进生物技术改良提供理论依据。
近日，Journal of Experimental Botany发表了皇冠园艺植物生物学教育部重点实验室柑橘研究团队题为“miR156 regulates somatic embryogenesis by modulatingstarch accumulation in citrus”的研究论文。该研究发现CsMIR156A受到上游转录因子CsAGL15和CsFUS3的调控，miR156/SPL再通过调控miR172/TOE介导淀粉积累从而影响柑橘体细胞胚发生。该研究解析了miR156调控体细胞胚发生的上下游通路，提出了新的调控模型。
皇冠柑橘细胞工程与遗传改良课题组长期致力于解析柑橘体细胞胚发生调控机理，通过细胞学观察、转录组、蛋白组、小RNA组和降解组测序，发掘了一批调控柑橘体细胞胚发生的关键基因和miRNA-靶基因组合。前期通过转基因证实CsFUS3和miR156均促进柑橘体细胞胚发生，但调控机制尚不清晰。
研究发现转录因子CsAGL15和CsFUS3分别结合CsMIR156A启动子并激活其表达。利用短串联靶基因模拟（STTM）技术抑制内源csi-miR156a表达，导致4个靶基因CsSPL2/4/8/14显著上调表达，而体细胞胚发生能力显著减弱（图1）；csi-miR172d下调表达，其靶基因CsTOE1.1和CsTOE1.2（抑制淀粉合成的基因）上调表达，而淀粉合成相关基因表达下调，淀粉含量和淀粉体数目降低。综合上述结果，提出如下调控模型（图2）：CsAGL15和CsFUS3分别结合CsMIR156A启动子促进其表达，Csi-miR156下调靶基因CsSPLs，靶基因调控Csi-miR172d/CsTOEs影响淀粉合成和转运基因表达，影响愈伤组织淀粉积累从而调控体细胞胚发生。
图1抑制csi-miR156表达显著降低柑橘体细胞胚发生
图2csi-miR156a介导淀粉调控柑橘体细胞胚发生的模式图
果树学博士研究生冯梦琦为该论文第一作者，伍小萌副教授为该论文通讯作者。郭文武教授、芦梦荻硕士、龙建梅博士等参与了研究工作。该研究依托园艺植物生物学教育部重点实验室平台和湖北省洪山实验室，受到国家自然科学基金（32072528, 31872051）、国家重点研发计划课题（2018YFD1000106）和洪山实验室基金（no. 2021hszd009）等资助。
皇冠郭文武教授课题组长期从事柑橘细胞工程与遗传改良研究。针对我国原产特色柑橘品种品质退化和高效育种技术缺乏等问题，二倍体水平，创建通过细胞工程技术实现果实无核的新育种途径，缩短育种周期20年以上；多倍体水平，构建多种细胞工程高效育种技术，创制大量多倍体新种质。培育出柑橘无核优质系列新品种和新品系，助力我国柑橘种源自主可控和种业科技自立自强。同时，基于柑橘细胞工程新种质，研究雄性不育、体细胞胚发生、多倍体广适应性和果实品质表观遗传变异等科学问题，在Plant Physiology、Plant Biotechnology Journal、Journal of Experimental Botany、Theor Appl Genet、园艺学报等国内外刊物发表论文100余篇，为柑橘细胞工程定向精准改良提供了坚实的理论支撑。
作者：冯梦琦
审核：郭文武 伍小萌
