中國(guó)農(nóng)大張小蘭課題組揭示黃瓜果長(zhǎng)調(diào)控新機(jī)制

黃瓜是全世界范圍內(nèi)重要的蔬菜作物之一，其果實(shí)具有較高的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。黃瓜果實(shí)長(zhǎng)短影響其產(chǎn)量和外觀品質(zhì)，是馴化過(guò)程中的重要農(nóng)藝性狀。黃瓜野生種（Cucumis sativus var.hardwickii）果實(shí)小且圓，長(zhǎng)度約3～5 cm，而東亞型黃瓜長(zhǎng)度一般超過(guò)35 cm。在黃瓜栽培馴化過(guò)程中，影響黃瓜果實(shí)長(zhǎng)短差異的關(guān)鍵調(diào)控因子及其分子機(jī)理仍知之甚少。MADS-box家族轉(zhuǎn)錄因子在植物生殖發(fā)育和作物產(chǎn)量提高等發(fā)面發(fā)揮了重要作用，其中MADS-box轉(zhuǎn)錄因子FRUITFULL（FUL）在擬南芥中控制果莢開(kāi)裂，在番茄中影響果實(shí)成熟，而黃瓜中FUL的同源基因是否參與果實(shí)發(fā)育尚不清楚。

2019年4 月12 日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張小蘭教授課題組在The Plant Cell雜志在線發(fā)表題為A Functional Allele of CsFUL1 Regulates Fruit Length through Repressing CsSUP and Inhibiting Auxin Transport in Cucumber的研究論文。該研究克隆和功能解析了黃瓜上一個(gè)編碼MADS-box家族的轉(zhuǎn)錄因子FRUITFULL（CsFUL1），揭示了CsFUL1基因參與黃瓜果長(zhǎng)變異的分子調(diào)控機(jī)制。張小蘭課題組通過(guò)對(duì)150份不同果長(zhǎng)的黃瓜材料進(jìn)行序列分析，發(fā)現(xiàn)了單個(gè)氨基酸位點(diǎn)發(fā)生變化的2個(gè)CsFUL1等位基因，分別命名為CsFUL1A和CsFUL1C。其中，CsFUL1A特異性地存在于東亞型長(zhǎng)果黃瓜中，而CsFUL1C則存在于野生、半野生型、以及其他栽培黃瓜中。利用黃瓜穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系發(fā)現(xiàn)，干擾表達(dá)CsFUL1A導(dǎo)致果實(shí)變長(zhǎng)，過(guò)量表達(dá)CsFUL1A導(dǎo)致果實(shí)變短，而CsFUL1C的表達(dá)變化不影響果實(shí)長(zhǎng)短。因此，在東亞型黃瓜選育中，CsFUL1A是一個(gè)獲得性等位基因，抑制黃瓜果實(shí)伸長(zhǎng)。

為了進(jìn)一步揭示CsFUL1A參與黃瓜果實(shí)發(fā)育的分子機(jī)制，張小蘭課題組利用分子生物學(xué)及生物化學(xué)等試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)CsFUL1A直接抑制CsSUP基因的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞分裂和擴(kuò)張；同時(shí)，CsFUL1A直接抑制兩個(gè)生長(zhǎng)素運(yùn)輸基因CsPIN1和CsPIN7的表達(dá)進(jìn)而減少生長(zhǎng)素積累。該研究結(jié)果不僅為揭示黃瓜果實(shí)長(zhǎng)度的遺傳調(diào)控機(jī)制提供了參考，而且為控制黃瓜果實(shí)長(zhǎng)短的分子設(shè)計(jì)育種提供了重要目標(biāo)基因。

值得一提的是，該論文被The Plant Cell雜志選為亮點(diǎn)文章以In Brief 和In a Nutshell 進(jìn)行重點(diǎn)推介，并且被The Plant Cell和ASPB在Science 新聞網(wǎng)Eurekalert上進(jìn)行了新聞發(fā)表（Press release）。

張小蘭教授長(zhǎng)期從事黃瓜外觀品質(zhì)形成機(jī)理研究。該研究是張小蘭課題組2019年繼在Current Opinion in Plant Biology發(fā)表題為Molecular basis of cucumber fruit domestication論文后的又一重要進(jìn)展。

張小蘭教授為該論文的通訊作者，博士研究生趙劍宇、蔣勵(lì)、硨根為論文共同第一作者。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃資助。