導(dǎo)言
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組所在《植物細(xì)胞》在線發(fā)表研究論文，揭示黃瓜果實(shí)發(fā)育的乙烯調(diào)控機(jī)制。
黃瓜果實(shí)伸長表現(xiàn)出乙烯劑量依賴性
植物器官的生長和發(fā)育取決于生長刺激和抑制之間的微妙平衡。果實(shí)大小和形狀則是影響產(chǎn)量和商品價(jià)值的重要農(nóng)藝性狀。
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組所在《植物細(xì)胞》在線發(fā)表研究論文，揭示黃瓜果實(shí)發(fā)育的乙烯調(diào)控機(jī)制。
“葫蘆科是一個(gè)非常龐大、多樣化的植物家族，它的果實(shí)屬于瓠果，為人類提供許多重要的蔬菜和水果，如黃瓜、甜瓜、西瓜和南瓜等。”通訊作者、中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所功能基因課題組副研究員楊學(xué)勇接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說。
其中，黃瓜是我國最重要的設(shè)施蔬菜作物之一。2017年我國黃瓜種植面積和總產(chǎn)量分別為123萬公頃和6487萬噸，分別占世界的54.2%和77.5%。作為一種重要的蔬菜作物，黃瓜的果實(shí)形態(tài)建成和株型發(fā)育屬于重要農(nóng)藝性狀，直接影響產(chǎn)量和商品品質(zhì)。
研究表明，葫蘆科果實(shí)由下位子房發(fā)育而來，并因?yàn)闃O端多樣的果實(shí)大小和形態(tài)而聞名，從小到巨大、從扁圓到伸長皆有?！叭欢{(diào)控果實(shí)生長平衡、實(shí)現(xiàn)最終果實(shí)大小和形態(tài)的分子機(jī)制仍不清楚?！睏顚W(xué)勇表示。
細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞面積決定器官的大小。而果實(shí)細(xì)胞分裂決定果實(shí)的細(xì)胞數(shù)目，因此細(xì)胞分裂強(qiáng)弱決定果實(shí)長度。那么，什么影響了黃瓜果實(shí)細(xì)胞的分裂？
在這項(xiàng)研究中，研究人員以兩個(gè)黃瓜的短瓜材料——sf1突變體和acs2 突變體為對象，研究乙烯劑量精細(xì)調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長的分子機(jī)制?！斑x擇sf1和acs2是通過反向遺傳學(xué)手段，先發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)短瓜的材料，然后再克隆基因，研究果長調(diào)控的機(jī)理。”楊學(xué)勇說道。
sf1突變體表現(xiàn)為果實(shí)細(xì)胞分裂減弱并且產(chǎn)生過量乙烯；acs2 突變體表現(xiàn)為果實(shí)細(xì)胞分裂減弱但是產(chǎn)生少量乙烯。SF1編碼一個(gè)E3泛素連接酶，該研究發(fā)現(xiàn)，SF1泛素化修飾并降解自身及其底物ACS2 （乙烯合成途徑中的限速酶）；SF1突變后，導(dǎo)致ACS2 積累，從而促進(jìn)乙烯過量合成。
該研究進(jìn)一步揭示了乙烯對黃瓜果實(shí)長度調(diào)控的劑量依賴性，過高或過低的乙烯劑量都會(huì)對黃瓜果實(shí)細(xì)胞分裂產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制，而合適劑量的乙烯會(huì)促進(jìn)細(xì)胞分裂，調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長。
因此，SF1通過泛素化降解其自身和ACS2實(shí)現(xiàn)對黃瓜果實(shí)中乙烯劑量的精細(xì)控制，從而調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長。以上研究為理解葫蘆科果實(shí)形態(tài)建成的遺傳和分子基礎(chǔ)提供了重要信息。
“在生產(chǎn)上，果實(shí)大小決定產(chǎn)量，而且不同消費(fèi)者群體對黃瓜果實(shí)大小的偏好不同。一般南亞地區(qū)喜歡果實(shí)較大的黃瓜；華北黃瓜通常是中等長度、棍棒狀的；歐美水果黃瓜則比較短，呈現(xiàn)圓筒形等。加之畸形瓜、瓜把過長和果形不一致等影響商品品質(zhì)性狀的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，因此迫切需要加強(qiáng)黃瓜果實(shí)形態(tài)建成的遺傳和發(fā)育機(jī)制基礎(chǔ)研究，為將來培育滿足市場多樣化和穩(wěn)定優(yōu)良果形的黃瓜品種提供支撐?！睏顚W(xué)勇說。
這項(xiàng)成果的發(fā)表也為通過外源處理或基因編輯技術(shù)生產(chǎn)不同長度的黃瓜提供了潛在方法，有望為黃瓜果實(shí)大小的改良育種提供科學(xué)基礎(chǔ)。
該團(tuán)隊(duì)以蔬菜產(chǎn)業(yè)中的重大科技需求為目標(biāo)，以基因組學(xué)工具為依托，解決蔬菜作物的重大基礎(chǔ)生物學(xué)問題，為培育我國優(yōu)良蔬菜品種奠定重要的理論基礎(chǔ)。該研究得到國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
（內(nèi)容來源：網(wǎng)絡(luò) 由小析姐整理編輯）
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