揭示影響黃瓜果實(shí)彎曲的分子機(jī)制（2020.9.11 園藝研究）

黃瓜（Cucumis sativus L.）是一種重要的瓜果類(lèi)蔬菜作物，其果實(shí)大小、形狀、顏色等感官品質(zhì)是決定消費(fèi)者偏好的關(guān)鍵因素。目前，果實(shí)彎曲現(xiàn)象是黃瓜栽培實(shí)踐中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一，極大影響其商品品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，挖掘黃瓜果實(shí)彎曲形成關(guān)鍵基因，揭示其分子作用機(jī)理，將有助于黃瓜果實(shí)品質(zhì)遺傳改良。

生長(zhǎng)素在植物的果實(shí)發(fā)育過(guò)程具有重要作用，黃瓜果實(shí)兩側(cè)生長(zhǎng)素的不均勻分布，導(dǎo)致果實(shí)兩側(cè)生長(zhǎng)速率不一致，彎曲果實(shí)形成。生長(zhǎng)素的生物合成主要包括兩個(gè)步驟，第一步中，色氨酸通過(guò)擬南芥轉(zhuǎn)氨酶家族TAA轉(zhuǎn)化為IPA，在第二步中，IPA被YUCCAs（YUCs）家族轉(zhuǎn)化為IAA，因此YUC家族在植物生長(zhǎng)發(fā)育中扮演重要角色，但在黃瓜中YUCCA基因是否參與生長(zhǎng)素的生物合成影響黃瓜果實(shí)彎曲還未見(jiàn)報(bào)道。

近日，Horticulture Research在線發(fā)表了東北農(nóng)業(yè)大學(xué)題為T(mén)he curvature of cucumber fruits is associated with spatial variation in auxin accumulation and expression of a YUCCA biosynthesis gene的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)過(guò)量表達(dá)的CsYUC10b促進(jìn)黃瓜順直果實(shí)的形成，在黃瓜生產(chǎn)和育種中具有潛在的應(yīng)用前景。本研究以華北型易彎曲黃瓜品種“L18”為材料，前期研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)花后2 DPA為果實(shí)彎曲形成的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序激素分析彎曲果實(shí)凸面和凹面的差異基因，差異基因富集和功能途徑分析發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素是影響果實(shí)彎曲的重要因素之一。進(jìn)一步通過(guò)外源噴施生長(zhǎng)素抑制劑發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素的不對(duì)稱(chēng)分布可以導(dǎo)致彎曲果實(shí)形成;生長(zhǎng)素相關(guān)的差異基因表達(dá)（DEGs）的篩選和qPCR鑒定發(fā)現(xiàn)CsYUC10b基因可能是影響果實(shí)彎曲的關(guān)鍵基因?；蚬δ茯?yàn)證發(fā)現(xiàn)，過(guò)量表達(dá)CsYUC10b基因的黃瓜果實(shí)兩側(cè)生長(zhǎng)素含量顯著增加，且生長(zhǎng)素水平接近，從而使黃瓜果實(shí)兩側(cè)的生長(zhǎng)速度相等，果實(shí)呈順直形。這項(xiàng)研究利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法，挖掘影響黃瓜彎曲果實(shí)形成的關(guān)鍵基因CsYUCCA，揭示了CsYUCCA參與生長(zhǎng)素的生物合成并因此影響黃瓜果實(shí)彎曲的分子機(jī)制，為人們深入認(rèn)識(shí)黃瓜果實(shí)彎曲的分子調(diào)控機(jī)理及培育果形順直的優(yōu)良黃瓜新品種奠定基礎(chǔ)。

本研究在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”完成，秦智偉教授黃瓜遺傳育種團(tuán)隊(duì)的博士生李勝男和已畢業(yè)博士生王春華（現(xiàn)為福建農(nóng)林大學(xué)博士后）為本文的共同第一作者，青年教師辛明副研究員為該論文的通訊作者，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一單位及第一通訊作者單位。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、黑龍江省自然科學(xué)基金、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)骨干項(xiàng)目的資助。