人才强校 | 张小兰教授课题组黄瓜果长调控新进展在Plant Cell发表
本网讯 近日，我校园艺学院张小兰课题组在The Plant Cell杂志在线发表题为“A Functional Allele of CsFUL1 Regulates Fruit Length through Repressing CsSUP and Inhibiting Auxin Transport in Cucumber”的研究论文(DOI: 10.1105/tpc.18.00905)。该研究克隆和功能解析了黄瓜上一个编码MADS-box家族的转录因子FRUITFULL (CsFUL1)，揭示了CsFUL1基因参与黄瓜果长变异的分子调控机制。
黄瓜是全世界范围内重要的蔬菜作物之一，其果实具有较高的食用价值和经济价值。黄瓜果实长短影响其产量和外观品质，是驯化过程中的重要农艺性状。黄瓜野生种 (C. sativus var. hardwickii) 果实小且圆，长度约3-5 cm，而东亚型黄瓜长度一般超过35 cm。在黄瓜栽培驯化过程中，影响黄瓜果实长短差异的关键调控因子及其分子机理仍知之甚少。MADS-box家族转录因子在植物生殖发育和作物产量提高等发面发挥了重要作用，其中MADS-box转录因子FRUITFULL (FUL) 在拟南芥中控制果荚开裂，在番茄中影响果实成熟，而黄瓜中FUL的同源基因是否参与果实发育尚不清楚。
张小兰课题组通过对150份不同果长的黄瓜材料进行序列分析，发现了单个氨基酸位点发生变化的2个CsFUL1等位基因，分别命名为CsFUL1A和CsFUL1C。其中，CsFUL1A特异性地存在于东亚型长果黄瓜中，而CsFUL1C则存在于野生、半野生型、以及其他栽培黄瓜中。利用黄瓜稳定遗传转化体系发现，干扰表达CsFUL1A导致果实变长，过量表达CsFUL1A导致果实变短，而CsFUL1C的表达变化不影响果实长短。因此，在东亚型黄瓜选育中，CsFUL1A是一个获得性等位基因，抑制黄瓜果实伸长。
为了进一步揭示CsFUL1A参与黄瓜果实发育的分子机制，张小兰课题组利用分子生物学及生物化学等试验方法发现，发现CsFUL1A直接抑制CsSUP基因的表达进而调控细胞分裂和扩张；同时，CsFUL1A直接抑制两个生长素运输基因CsPIN1和CsPIN7的表达进而减少生长素积累。该研究结果不仅为揭示黄瓜果实长度的遗传调控机制提供参考，而且为控制黄瓜果实长短的分子设计育种提供重要目标基因。
该论文被The Plant Cell杂志选为亮点文章以In Brief 和In a Nutshell 进行重点推介，并且被The Plant Cell 和ASPB 在Science 新闻网Eurekalert上进行了新闻发表 (Press release)。张小兰教授为通讯作者，博士研究生赵剑宇、蒋励、砗根为论文共同第一作者。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资助。张小兰教授是2011年引进的优秀人才，长期从事黄瓜外观品质形成机理研究，以通讯或共同通讯发表SCI论文20余篇，该研究是张小兰教授2019年继在Current Opinion in Plant Biology发表题为‘Molecular basis of cucumber fruit domestication’论文后的又一重要进展。