近期，中國農業科學院蔬菜花卉研究所功能基因課題組和中國農業科學院農業基因組研究所黃三文研究員課題組合作，首次證實了黃瓜中顯性全雌基因（Female）編碼乙烯合成途徑中的關鍵酶ACS1G，并深入研究了其作用機制。相關研究論文“Gain-of-function of the 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene ACS1G induces female flower development in cucumber gynoecy”于12月2日在線發表于《The Plant Cell》上。
黃瓜是重要的蔬菜作物，可食用部分是由雌花發育形成的果實，因此，黃瓜雌花率是重要的產量性狀。此外，由于黃瓜的花具有多種性別類型，一直是研究單性花調控機制的重要模式植物。因此研究黃瓜雌花的形成機制具有重要的應用價值和科學意義。
早在二十世紀60代，遺傳學家就在黃瓜中發現了三個控制黃瓜單性花性狀的重要位點，Female （F），andromonoecious （m）， androecious（a）。其中F位點控制顯性全雌表型，m基因隱性純合控制兩性花的出現，a 基因隱性純合控制全雄表型。并且，F 基因上位于 a 基因。為了簡明，將這三個重要基因共同控制黃瓜單性花發育的過程，命名為 FAM 模型。近年來，A基因和M基因相繼被克隆，分別編碼 ACS11和 ACS2，均是乙烯合成途徑中的關鍵酶。
盡管黃瓜的顯性全雌基因（Female）在生產中被廣泛應用以提高黃瓜產量，但F基因是什么仍然沒有確證。 功能基因課題組前期通過研究黃瓜基因組的結構變異發現，黃瓜的全雌位點，是基因組上一段30.2 kb的串聯重復序列。但由于串聯重復序列中不只包含ACS1G，也增加了基因的拷貝數，所以這段串聯重復序列中究竟哪個基因是促進雌花形成的全雌基因，仍然是一個疑問。
為回答這個問題，在前期工作的基礎上，蔬菜所和基因組所的研究人員和國內外合作伙伴，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術和EMS誘變相結合，首次證實了F基因是ACS1G基因。且由于基因組的結構變異，使得ACS1G獲得了不同于雌雄同株材料中ACS1的啟動子和新的表達模式。ACS1G在花芽發育早期與 ACO2基因的重疊表達，使ACS1G獲得了決定雌花形成的功能。由于ACS1G 基因在早期花芽中的表達不像 ACS11一樣具有選擇性，所以所有花芽都發育成雌花，這也解釋了F基因上位于隱性全雄基因（androecious）的原因。
此項研究完整地解釋了黃瓜單性花調控的FAM模型，并整合了近年來被克隆的 ACO2和 WIP1基因的功能，結合基因時空表達特異性和不同基因間的遺傳關系，提出了一個完整的黃瓜單性花發育調控模型，豐富了葫蘆科植物單性花調控的網絡，對于培育高產瓜類作物也有重要指導意義。
蔬菜所博士研究生張慧敏、李帥、基因組所博士后楊麗和研究人員蔡廣華為論文第一作者。蔬菜所孫進京副研究員、張忠華研究員為共同通訊作者，基因組所黃三文研究員對該成果進行總體把關和指導。湖南省蔬菜研究所陳惠明研究員、北京大學白書農教授、西北農林科技大學李征教授、上海交通大學蔡潤教授、加州大學戴維斯分校William Lucas教授等也參與了該項目的完成。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、農科院創新工程等項目的資助。
原文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koaa018/6017177#
日期：2020-12-06
黃瓜是重要的蔬菜作物，可食用部分是由雌花發育形成的果實，因此，黃瓜雌花率是重要的產量性狀。此外，由于黃瓜的花具有多種性別類型，一直是研究單性花調控機制的重要模式植物。因此研究黃瓜雌花的形成機制具有重要的應用價值和科學意義。
早在二十世紀60代，遺傳學家就在黃瓜中發現了三個控制黃瓜單性花性狀的重要位點，Female （F），andromonoecious （m）， androecious（a）。其中F位點控制顯性全雌表型，m基因隱性純合控制兩性花的出現，a 基因隱性純合控制全雄表型。并且，F 基因上位于 a 基因。為了簡明，將這三個重要基因共同控制黃瓜單性花發育的過程，命名為 FAM 模型。近年來，A基因和M基因相繼被克隆，分別編碼 ACS11和 ACS2，均是乙烯合成途徑中的關鍵酶。
盡管黃瓜的顯性全雌基因（Female）在生產中被廣泛應用以提高黃瓜產量，但F基因是什么仍然沒有確證。 功能基因課題組前期通過研究黃瓜基因組的結構變異發現，黃瓜的全雌位點，是基因組上一段30.2 kb的串聯重復序列。但由于串聯重復序列中不只包含ACS1G，也增加了基因的拷貝數，所以這段串聯重復序列中究竟哪個基因是促進雌花形成的全雌基因，仍然是一個疑問。
為回答這個問題，在前期工作的基礎上，蔬菜所和基因組所的研究人員和國內外合作伙伴，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術和EMS誘變相結合，首次證實了F基因是ACS1G基因。且由于基因組的結構變異，使得ACS1G獲得了不同于雌雄同株材料中ACS1的啟動子和新的表達模式。ACS1G在花芽發育早期與 ACO2基因的重疊表達，使ACS1G獲得了決定雌花形成的功能。由于ACS1G 基因在早期花芽中的表達不像 ACS11一樣具有選擇性，所以所有花芽都發育成雌花，這也解釋了F基因上位于隱性全雄基因（androecious）的原因。
此項研究完整地解釋了黃瓜單性花調控的FAM模型，并整合了近年來被克隆的 ACO2和 WIP1基因的功能，結合基因時空表達特異性和不同基因間的遺傳關系，提出了一個完整的黃瓜單性花發育調控模型，豐富了葫蘆科植物單性花調控的網絡，對于培育高產瓜類作物也有重要指導意義。
蔬菜所博士研究生張慧敏、李帥、基因組所博士后楊麗和研究人員蔡廣華為論文第一作者。蔬菜所孫進京副研究員、張忠華研究員為共同通訊作者，基因組所黃三文研究員對該成果進行總體把關和指導。湖南省蔬菜研究所陳惠明研究員、北京大學白書農教授、西北農林科技大學李征教授、上海交通大學蔡潤教授、加州大學戴維斯分校William Lucas教授等也參與了該項目的完成。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、農科院創新工程等項目的資助。
原文鏈接：https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koaa018/6017177#
日期：2020-12-06
