近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張圣平團(tuán)隊(duì)在國際知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上發(fā)表了題為“A 29-bp promoter deletion in CsCEPR1 underlies increased seed and fruit size during cucumber domestication”的研究成果。該研究揭示了一個(gè)黃瓜馴化基因CsCEPR1能夠同時(shí)調(diào)控種子大小與果實(shí)大小，實(shí)現(xiàn)了“一因雙效”的協(xié)同進(jìn)化。這為理解作物馴化的遺傳奧秘提供了全新視角，也為未來作物精準(zhǔn)育種提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。
作物馴化是育種科學(xué)的起點(diǎn)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)奠定了基石。種子作為傳遞遺傳信息與進(jìn)化歷程的核心載體，在這一過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。一般而言，野生植物種子小而休眠性強(qiáng)，以抵御不良環(huán)境、維持種群延續(xù)；相比之下，現(xiàn)代栽培品種的種子往往更大、休眠性減弱，這些性狀的改良顯著提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。黃瓜從野生哈氏黃瓜（Cucumis sativus var. hardwickii）馴化而來，其種子同樣遵循這一規(guī)律。
研究團(tuán)隊(duì)通過精細(xì)定位與馴化分析鎖定CsCEPR1基因，發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)子區(qū)存在一個(gè)與種子大小顯著相關(guān)的29-bp插入/缺失變異。該變異破壞了關(guān)鍵的順式作用元件（W-box/CAAT-box），從而降低啟動(dòng)子活性，削弱基因表達(dá)。CsCEPR1過表達(dá)株系的種子長度與寬度均減小、休眠性增強(qiáng)，同時(shí)果實(shí)變短。LCI與Y2H實(shí)驗(yàn)證實(shí)，CsCEPR1作為CEP小肽的受體，可與4個(gè)CEPs蛋白互作。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，在CsCEPR1轉(zhuǎn)基因株系的早期發(fā)育種子中，生長素相關(guān)基因顯著下調(diào)，生長素含量亦明顯降低。而外源噴施NAA可誘導(dǎo)CsCEPR1表達(dá)升高，表明其通過負(fù)反饋機(jī)制調(diào)控生長素通路，進(jìn)而影響種子與果實(shí)大小。
該研究系統(tǒng)揭示了黃瓜馴化過程中種子與果實(shí)性狀協(xié)同演化的分子機(jī)制，不僅為理解作物進(jìn)化提供了新視角，也為瓜類作物分子育種提供了直接靶點(diǎn)——CsCEPR1啟動(dòng)子區(qū)域可作為優(yōu)良性狀的遺傳標(biāo)記或基因編輯靶點(diǎn)，用于精準(zhǔn)改良種子與果實(shí)性狀。
該研究以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第一和通訊作者單位，蔬菜花卉研究所張圣平研究員、苗晗研究員和作物科學(xué)研究所孫加強(qiáng)研究員為共同通訊作者。韓佳楠博士后、官健濤副研究員和董邵云副研究員該論文的共同第一作者。本研究得到了重慶市人民政府與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院戰(zhàn)略合作資助項(xiàng)目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程和農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：http://doi.org/10.1111/pbi.70393
