黄瓜显性全雌基因分子机制获揭示

  黄瓜可食用部分是由雌花发育形成的果实，黄瓜雌花率是重要的产量性状。此外，由于黄瓜的花具有多种性别类型，一直是研究单性花调控机制的重要模式植物。因此，研究黄瓜雌花的形成机制具有重要的应用价值和科学意义。

已有的研究显示，F、M、A三个基因是黄瓜雌花和雄花形成的关键基因，其中A和M基因相继被克隆，均是乙烯合成途径中的关键酶，分别编码 ACS11和 ACS2。F基因是黄瓜的显性全雌基因，在生产中被广泛用于提高黄瓜产量。前期通过分析黄瓜基因组的结构变异发现，一段30.2 kb序列的串联重复导致了F基因的产生，但串联重复序列中究竟哪个基因或元件导致全雌花产生仍然是一个疑问。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所孙进京和青岛农业大学园艺学院张忠华合作，联合中国农业科学院（深圳）农业基因组研究所等单位，首次证实了黄瓜中显性全雌基因编码乙烯合成途径中的关键酶ACS1G，并深入研究了其作用机制。相关研究内容12月2日在线发表于《植物细胞》。

在前期工作的基础上，研究人员利用了CRISPR/Cas9基因编辑技术和EMS诱变相结合，首次证实了F基因是ACS1G基因。且由于基因组的结构变异，使得ACS1G获得了不同于雌雄同株材料中ACS1的启动子和新的表达模式。ACS1G在花芽发育早期与 ACO2基因的重叠表达，使ACS1G获得了决定雌花形成的功能。由于ACS1G 基因在早期花芽中的表达不像 ACS11一样具有选择性，所以所有花芽都发育成雌花，这也解释了F基因上位于隐性全雄基因的原因。

此项研究完整地解释了黄瓜单性花调控的FAM模型，并整合了近年来被克隆的 ACO2和 WIP1基因的功能，结合基因时空表达特异性和不同基因间的遗传关系，提出了一个完整的黄瓜单性花发育调控模型，大大丰富了葫芦科植物单性花调控的网络，对于培育高产瓜类作物也有重要指导意义。