中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所揭示黃瓜果實發(fā)育的乙烯調(diào)控機制

2019年3月26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)基因組研究所在The Plant Cell 在線發(fā)表了一篇題為“Genetic regulation of ethylene dosage for cucumber fruit elongation”的研究論文，揭示了乙烯劑量依賴的黃瓜果實伸長的遺傳和分子機制。

在這項研究中，研究人員以2個黃瓜短瓜材料（sf1突變體和acs2 突變體）為對象，研究了乙烯劑量精細調(diào)控黃瓜果實伸長的分子機制。sf1突變體表現(xiàn)為果實細胞分裂減弱并且產(chǎn)生過量乙烯，acs2 突變體表現(xiàn)為果實細胞分裂減弱但是產(chǎn)生少量的乙烯。SF1 （short fruit 1） 編碼一個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，1-Aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 2）；SF1突變后，導(dǎo)致ACS2積累，從而促進乙烯過量合成；研究進一步揭示了乙烯對黃瓜果實長度調(diào)控的劑量依賴性，過高或過低的乙烯劑量都會對黃瓜果實細胞分裂產(chǎn)生嚴重的抑制，而合適劑量的乙烯會促進細胞分裂，調(diào)控黃瓜果實伸長。因此，SF1通過泛素化降解其自身和ACS2實現(xiàn)對黃瓜果實中乙烯劑量的精細控制，從而調(diào)控黃瓜果實伸長。以上研究為理解葫蘆科果實形態(tài)建成的遺傳和分子基礎(chǔ)提供了重要的見解。

值得一提的是，該研究成果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的方法。由于不同的消費者群體對黃瓜果實大小的偏好不同，這項研究將有望為黃瓜果實大小的改良育種提供科學(xué)基礎(chǔ)。

此外，不同乙烯劑量的響應(yīng)如何在果實細胞分裂中發(fā)揮多重作用？雖然雙相乙烯響應(yīng)模型早已提出來，但該模型的機制仍然不清楚。黃瓜果實為解開雙相乙烯響應(yīng)模型的信號機制提供了重要的研究系統(tǒng)。

該研究得到了國家自然科學(xué)重點基金、國家自然科學(xué)基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。該論文的共同第一作者為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所和西北農(nóng)林科技大學(xué)共同培養(yǎng)的研究生辛同旭和張震。通訊作者為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所功能基因課題組楊學(xué)勇副研究員。