Development|中國農大在黃瓜果實心皮數目變異的基因調控網絡取得重要進展

2021-03-02 植物科研圈

近日，中國農業大學園藝學院張小蘭課題組在Development雜誌在線發表題為「Gene regulatory network of carpel number variation in cucumber」的研究論文(DOI: 10.1242/dev.184788)。該研究解析了黃瓜心皮數目變異的基因調控網絡。

黃瓜是葫蘆科植物，在世界範圍內廣泛栽培的一種蔬菜作物。黃瓜具有單性花，果實由葉腋的雌花發育而來，通常由5個萼片、5個花瓣、3心皮融合形成的雌蕊和5個被抑制的雄蕊組成。黃瓜心皮數影響黃瓜果實形態、大小和內在品質。在自然黃瓜種群中，心皮數可以從2到7變化。心皮數的增加通常伴隨著果實直徑的增大，從而導致果實形狀、大小和風味的變化。例如，大多數栽培黃瓜果實為圓柱形，一般有3個心皮，而西雙版納地區的許多品種果實為球形，具有5心皮。果實的心皮數在花分生組織發育早期決定，模式作物中WUSCHEL(WUS)-CLAVATA3 (CLV3)通路基因發揮了重要作用，並在作物馴化過程中被選擇。但在黃瓜上的心皮數目變異的分子調控機制尚不清楚。

張小蘭課題組發現在黃瓜品種中，CsCLV3基因表達與心皮數呈負相關。CsCLV3幹擾表達導致花瓣和心皮數量增加；而CsWUS過表達導致萼片、花瓣和心皮數量增加，說明CsCLV3和CsWUS分別是心皮數目變異的負調節因子和正調節因子。生化分析表明，CsWUS直接與CsCLV3啟動子結合，激活其表達。果長抑制因子CsFUL1A(FRUITFULL)的過量表達導致了更多的花瓣和心皮。通過互作實驗揭示CsFUL1A可直接與CsWUS啟動子結合，刺激其表達。此外，生長素通過CsARF14與CsWUS的相互作用參與了黃瓜心皮數的決定。因此，我們揭示了涉及CsCLV3、CsWUS、CsFUL1A和CsARF14的基因調控途徑作用於黃瓜心皮數目的變異。

該工作得到了國家重點研究發展規劃、國家自然科學基金和高等學校學科創新引智計劃、農業生物技術國家重點實驗室開放課題資助。張小蘭教授為通訊作者，博士研究生硨根、顧冉、趙劍宇為論文並列第一作者。

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