人才强校 | 中国农大张小兰课题组揭示黄瓜瓜把长度的调控机制

中国农大新闻网讯 近日，中国农业大学张小兰教授团队在美国国家科学院院刊（PNAS）在线发表了题为《CsHEC1-CsOVATE模块通过介导生长素生物合成来调控黄瓜瓜把长度变异》（The CsHEC1-CsOVATE module contributes to fruit neck length variation via modulating auxin biosynthesis in cucumber）的最新成果。该研究揭示了CsHEC1-CsOVATE模块通过生长素生物合成来调控瓜把长度的分子机制，为优良果形的黄瓜新品种选育提供理论依据，也为研究瓠瓜类果实的形状变异提供重要思路。

植物可食器官的形态变化是适应性进化和驯化的结果。果实长短与粗细、瓜把长短等是黄瓜果实多样化外观品质的重要组成部分。黄瓜果实的外观品质直接影响消费者的购买欲望和产品的商业价值。不同生产区域对黄瓜果实的外观品质性状需求存在很大差异。因此，解析黄瓜瓜把长度（fruit neck length，FNL）等外观品质的调控机制对丰富和满足不同市场需求具有重要指导意义和应用前景。

黄瓜果实由近端的瓜把连接着瓜柄和远端的可食用果实三部分组成。栽培黄瓜的瓜把长度在1~12 cm之间，最多可占果实总长度的35%。由于瓜把的不良口感和类似于收缩状脖子的形状，直接影响着黄瓜果实的外观形状和商业价值。黄瓜市场普遍畅销瓜把短或近乎没有瓜把的黄瓜品种，然而关于瓜把长短的研究局限于初步定位的几个QTLs，其中Fnl7.1被克隆报道。除此之外，有关黄瓜瓜把长度变异的候选基因和调控机制尚不清楚。

张小兰课题组研究发现黄瓜基因HECATE1 (CsHEC1) 在果实瓜把位置高度表达，且该基因的表达与不同瓜把长度材料呈正相关趋势。CRISPR/Cas9系统敲除CsHEC1后，发现果实瓜把长度缩短，生长素积累量减少，而过表达CsHEC1导致瓜把长度和生长素水平增加。进一步遗传和生化分析表明，CsHEC1直接与CsYUC4启动子结合并增强其表达，导致生长素积累增加，来促进瓜把长度增加。此外，瓜把伸长的负调控因子CsOVATE通过与CsHEC1的蛋白互作来减弱CsHEC1介导的CsYUC4激活。该研究提出了一个CsHEC1-CsOVATE模块通过介导生长素生物合成调控瓜把长度变异的工作模型，为控制黄瓜瓜把长短的分子设计育种提供重要参考。

中国农业大学园艺学院博士研究生王中一为论文第一作者，张小兰教授和赵剑宇副教授为该论文的通讯作者。河北科技师范学院闫立英教授和宋晓飞老师合作参与了该项工作。该工作得到了国家自然科学基金杰青项目和重点项目，以及国家重点研发计划项目（2018YFD1000800）等项目资助。该工作是张小兰课题组于2019年发表在PNAS (116(34):17105-17114)（入选2020中国农业科学十大进展）后的又一力作。

供稿：园艺学院

供图：园艺学院

编辑：李杨

责编：于哲