ANT1: 一夫當關，萬夫莫開！

按：老基因，新功能。發育調控的主開關基因，但感覺研究還不是很深入，還有很多故事可以挖！

擬南芥

AINTEGUMENTA

基因（

AtANT

）是一個

APETALA 2

（

AP2

） 轉錄因子家族基因，之前研究顯示該基因參與胚珠發育和花器官發育，具體來說參與器官原基起始，雌配子體形成以及器官的生長和極性建成。

近期，臺灣中央研究院生物多樣性研究中心，美國芝加哥大學的Wen-Hsiung Li（李文雄）院士團隊在PNAS發表題為“Maize

ANT1

modulates vascular development， chloroplast development， photosynthesis， and plant growth”的研究論文，

發現玉米中的ANT1可以透過調控下游重要基因直接參與細胞增殖，葉片生長，維管和維管束的發育，葉綠體發育以及光合作用等重要的發育和生理過程。

首先共表達分析發現，玉米的4個

ANT

同源基因（

ZmANT1-4

），僅有

ZmANT1

與一個C4植物花環結構（ Kranz anatomy）形成的關鍵調控基因

SCARECROW1（ZmSCR1）

在玉米胚葉發育過程中共表達（圖1A）。DNA affinity purification and sequencing（DAP-seq） 和EMSA檢測發現，

ZmANT1可以結合到ZmSCR1啟動子區的特異區段，調控其表達

（圖1B-D）。

圖1 玉米ANT1與SCR1啟動子的結合檢測

RNA原位雜交分析顯示，

ANT1

在發育中的葉原基中表達（圖2）。

圖2 RNA原位雜交檢測ANT1表達

為了進一步驗證

ANT1

基因的功能，利用CRISPR-CAS9基因編輯技術，研究者在青狗尾草（Setaria viridis）中編輯了

ANT1

同源基因SvANT1（

青狗尾草由於基因組小、高效轉化、生育期短,且易於實驗室培養操作,已發展成為禾本科黍亞科和C4光合作用的模式植物

）（圖3）。

圖3 Svant1基因編輯檢測

仔細觀察兩個移碼突變的編輯株系Svant1-2和-3發現，

ANT1基因的缺失會使突變體生長變慢，葉片和穗狀花序變小小，產量降低

（圖4）。

圖3 Svant1突變體表型檢測

由於ANT1可以直接調控

SCR1

的表達，所以研究者還比較了突變體和野生型維管的形態，結果顯示

突變體中維管形態異常，葉脈不能正常形成

（圖5）。

圖5 5周的WT和SvANT1突變材料的葉片維管表型檢測

之後，透過表達分析發現，

大量差異表達基因參與光合作用和葉綠體發育

（圖6A-F），突變體中淨光合速率值（Pn）顯著低於野生型（圖6G）。進一步實驗證實，ANT1可以直接結合光合作用，葉綠體和植物發育關鍵調控基因的啟動子（如SvSCR1，SvGNC， SvAN3等，圖7），直接影響這些基因的表達。

圖6 DEG，功能富集分析及突變體中光合作用的降低檢測

圖7 ANT1調控模型

總的來說，結合本文及之前的研究，我們可以知道，

ANT1是一個主開關（master switch），調控著花器官建成，葉片維管發育，葉綠體形成，光合作用，植物生長，最終影響穀物的產量

。