近日，中国农业大学园艺学院张小兰课题组在Development杂志在线发表题为Gene regulatory network of carpel number variation in cucumber的研究论文，解析了黄瓜心皮数目变异的基因调控网络。
黄瓜是葫芦科植物，在世界范围内广泛栽培的一种蔬菜作物。黄瓜具有单性花，果实由叶腋的雌花发育而来，通常由5个萼片、5个花瓣、3心皮融合形成的雌蕊和5个被抑制的雄蕊组成。黄瓜心皮数影响黄瓜果实形态、大小和内在品质。在自然黄瓜种群中，心皮数可以从2到7变化。心皮数的增加通常伴随着果实直径的增大，从而导致果实形状、大小和风味的变化。例如，大多数栽培黄瓜果实为圆柱形，一般有3个心皮，而西双版纳地区的许多品种果实为球形，具有5心皮。果实的心皮数在花分生组织发育早期决定，模式作物中WUSCHEL (WUS) -CLAVATA3 (CLV3) 通路基因发挥了重要作用，并在作物驯化过程中被选择。但在黄瓜上的心皮数目变异的分子调控机制尚不清楚。
张小兰课题组发现在黄瓜品种中，CsCLV3基因表达与心皮数呈负相关。CsCLV3干扰表达导致花瓣和心皮数量增加；而CsWUS过表达导致萼片、花瓣和心皮数量增加，说明CsCLV3和CsWUS分别是心皮数目变异的负调节因子和正调节因子。生化分析表明，CsWUS直接与CsCLV3启动子结合，激活其表达。果长抑制因子CsFUL1 A (FRUITFULL) 的过量表达导致了更多的花瓣和心皮。通过互作实验揭示CsFUL1 A 可直接与CsWUS启动子结合，刺激其表达。此外，生长素通过CsARF14与CsWUS的相互作用参与了黄瓜心皮数的决定。因此，该研究揭示了涉及CsCLV3、CsWUS、CsFUL1A和CsARF14的基因调控途径作用于黄瓜心皮数目的变异。
张小兰教授为通讯作者，博士研究生砗根、顾冉、赵剑宇为论文并列第一作者。该工作得到了国家重点研究发展规划、国家自然科学基金和高等学校学科创新引智计划、农业生物技术国家重点实验室开放课题资助。
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