中國農大張小蘭課題組揭示黃瓜果長調控新機制

黃瓜是全世界范圍內重要的蔬菜作物之一，其果實具有較高的食用價值和經濟價值。黃瓜果實長短影響其產量和外觀品質，是馴化過程中的重要農藝性狀。黃瓜野生種（Cucumis sativus var.hardwickii）果實小且圓，長度約3～5 cm，而東亞型黃瓜長度一般超過35 cm。在黃瓜栽培馴化過程中，影響黃瓜果實長短差異的關鍵調控因子及其分子機理仍知之甚少。MADS-box家族轉錄因子在植物生殖發育和作物產量提高等發面發揮了重要作用，其中MADS-box轉錄因子FRUITFULL（FUL）在擬南芥中控制果莢開裂，在番茄中影響果實成熟，而黃瓜中FUL的同源基因是否參與果實發育尚不清楚。

2019年4 月12 日，中國農業大學園藝學院張小蘭教授課題組在The Plant Cell雜志在線發表題為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編碼MADS-box家族的轉錄因子FRUITFULL（CsFUL1），揭示了CsFUL1基因參與黃瓜果長變異的分子調控機制。張小蘭課題組通過對150份不同果長的黃瓜材料進行序列分析，發現了單個氨基酸位點發生變化的2個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。利用黃瓜穩定遺傳轉化體系發現，干擾表達CsFUL1A導致果實變長，過量表達CsFUL1A導致果實變短，而CsFUL1C的表達變化不影響果實長短。因此，在東亞型黃瓜選育中，CsFUL1A是一個獲得性等位基因，抑制黃瓜果實伸長。

為了進一步揭示CsFUL1A參與黃瓜果實發育的分子機制，張小蘭課題組利用分子生物學及生物化學等試驗方法，發現CsFUL1A直接抑制CsSUP基因的表達進而調控細胞分裂和擴張；同時，CsFUL1A直接抑制兩個生長素運輸基因CsPIN1和CsPIN7的表達進而減少生長素積累。該研究結果不僅為揭示黃瓜果實長度的遺傳調控機制提供了參考，而且為控制黃瓜果實長短的分子設計育種提供了重要目標基因。

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

張小蘭教授長期從事黃瓜外觀品質形成機理研究。該研究是張小蘭課題組2019年繼在Current Opinion in Plant Biology發表題為Molecular basis of cucumber fruit domestication論文后的又一重要進展。

張小蘭教授為該論文的通訊作者，博士研究生趙劍宇、蔣勵、硨根為論文共同第一作者。該工作得到了國家重點研究發展規劃、國家自然科學基金和高等學校學科創新引智計劃資助。