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揭示影响黄瓜果实弯曲的分子机制
日期:2020-11-04 作者:未知 来源:园艺研究 点击:
 黄瓜(Cucumis sativus L.)是一种重要的瓜果类蔬菜作物,其果实大小、形状、颜色等感官品质是决定消费者偏好的关键因素。目前,果实弯曲现象是黄瓜栽培实践中最常见的问题之一,极大影响其商品品质与经济价值。因此,挖掘黄瓜果实弯曲形成关键基因,揭示其分子作用机理,将有助于黄瓜果实品质遗传改良。
    生长素在植物的果实发育过程具有重要作用,黄瓜果实两侧生长素的不均匀分布,导致果实两侧生长速率不一致,弯曲果实形成。生长素的生物合成主要包括两个步骤,第一步中,色氨酸通过拟南芥转氨酶家族 TAA 转化为 IPA,在第二步中,IPA 被 YUCCAs(YUCs)家族转化为 IAA,因此 YUC 家族在植物生长发育中扮演重要角色,但在黄瓜中 YUCCA 基因是否参与生长素的生物合成影响黄瓜果实弯曲还未见报道。
    近日,Horticulture Research 在线发表了东北农业大学题为 The curvature of cucumber fruits is associated with spatial variation in auxin accumulation and expression of a YUCCA biosynthesis gene 的研究论文。该研究发现过量表达的 CsYUC10b 促进黄瓜顺直果实的形成,在黄瓜生产和育种中
    具有潜在的应用前景。本研究以华北型易弯曲黄瓜品种“L18”为材料,前期研究发现开花后 2 DPA 为果实弯曲形成的关键时间点,并通过转录组测序激素分析弯曲果实凸面和凹面的差异基因,差异基因富集和功能途径分析发现生长素是影响果实弯曲的重要因素之一。进一步通过外源喷施生长素抑制剂发现,生长素的不对称分布可以导致弯曲果实形成;生长素相关的差异基因表达(DEGs)的筛选和 qPCR 鉴定发现 CsYUC10b 基因可能是影响果实弯曲的关键基因。基因功能验证发现,过量表达 CsYUC10b 基因的黄瓜果实两侧生长素含量显著增加,且生长素水平接近,从而使黄瓜果实两侧的生长速度相等,果实呈顺直形。这项研究利用转录组学方法,挖掘影响黄瓜弯曲果实形成的关键基因 CsYUCCA,揭示了 CsYUCCA 参与生长素的生物合成并因此影响黄瓜果实弯曲的分子机制,为人们深入认识黄瓜果实弯曲的分子调控机理及培育果形顺直的优良黄瓜新品种奠定基础。
    本研究在东北农业大学园艺园林学院,农业农村部“东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室”完成,秦智伟教授黄瓜遗传育种团队的博士生李胜男和已毕业博士生王春华(现为福建农林大学博士后)为本文的共同第一作者,青年教师辛明副研究员为该论文的通讯作者,东北农业大学为第一单位及第一通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、黑龙江省自然科学基金、东北农业大学学术骨干项目的资助。
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