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蔬菜所和深圳農業基因組所揭示黃瓜果實發育的乙烯調控機制

來源:功能基因課題 發布時間:03-28 作者:楊學勇 點擊量:

    近日,中國農業科學院蔬菜花卉研究所和深圳農業基因組所在《植物細胞(The Plant Cell)》上在線發表了一篇題為Genetic Regulation of Ethylene Dosage for Cucumber Fruit Elongation 的研究論文,揭示了黃瓜果實發育的乙烯調控機制。
    植物器官的生長和發育取決于生長刺激和抑制之間的微妙平衡。果實大小和形狀是影響產量和商品價值的重要農藝性狀。葫蘆科是一個非常大的、多樣化的植物家族,為人類提供許多重要的蔬菜和水果。研究表明,葫蘆科果實由下位子房發育而來,并因為極端多樣的果實大小和形態而聞名(從小到巨大,從扁圓到伸長)。然而,調控果實生長平衡,實現最終果實大小和形態的分子機制仍不清楚。


黃瓜果實伸長表現出乙烯劑量依賴性

    在這項研究中,研究人員以兩個黃瓜的短瓜材料(sf1突變體和acs2 突變體)為對象,研究了乙烯劑量精細調控黃瓜果實伸長的分子機制。sf1突變體表現為果實細胞分裂減弱并且產生過量乙烯;acs2 突變體表現為果實細胞分裂減弱但是產生的少量的乙烯。SF1  (Short Fruit 1) 編碼一個E3泛素連接酶,該研究發現,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生嚴重的抑制,而合適劑量的乙烯會促進細胞分裂,調控黃瓜果實伸長。因此,SF1通過泛素化降解其自身和ACS2實現對黃瓜果實中乙烯劑量的精細控制,從而調控黃瓜果實伸長。以上研究為理解葫蘆科果實形態建成的遺傳和分子基礎提供了重要的信息。


乙烯劑量調控黃瓜果實細胞分裂的遺傳和分子機制

    在生產上,由于不同的消費者群體對黃瓜果實大小的偏好不同,該研究成果也為通過外源處理或基因編輯技術生產不同長度的黃瓜提供了潛在的方法,有望為黃瓜果實大小的改良育種提供科學基礎。
    該研究團隊以蔬菜產業中的重大科技需求為目標,以基因組學工具為依托,解決蔬菜作物的重大基礎生物學問題,為培育我國優良蔬菜品種奠定重要的理論基礎。該研究得到了國家自然科學重點基金、國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃等項目的資助。該論文的共同第一作者為中國農科院蔬菜花卉研究所、深圳農業基因組所和西北農林科技大學共同培養的研究生辛同旭和張震。通訊作者為中國農科院蔬菜花卉研究所功能基因課題組楊學勇副研究員。

原文鏈接:
http://www.plantcell.org/content/early/2019/03/26/tpc.18.00957

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