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    北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜中心許勇團(tuán)隊(duì)揭示脫落酸調(diào)控西瓜種子大小的分子機(jī)制

    放大字體  縮小字體 時(shí)間:2021-04-14 09:45 來源:北京市農(nóng)林科學(xué)院 原文:
    核心提示:該研究揭示了脫落酸(ABA)含量調(diào)控路徑中的關(guān)鍵基因--β-葡萄糖苷酶基因(ClBG1)調(diào)控西瓜種子大小的分子機(jī)制,為解析西瓜種子大小的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了分子基礎(chǔ)。
      西瓜[Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum & Nakai] 是世界十大水果之一。西瓜種子大小是重要的農(nóng)藝性狀,對于以種子作為食用目標(biāo)的籽用西瓜品種來說,種子可以給人們提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì),比如油類和蛋白質(zhì)等,因此,籽用西瓜品種的種子越大越好;然而對于以果實(shí)作為產(chǎn)量器官的鮮食西瓜品種來說,為了提升食用愉悅感,無籽或者種子越小越好。因此,種子大小是西瓜育種中的一個(gè)重要目標(biāo)性狀。然而西瓜種子大小調(diào)控的分子機(jī)制目前并不清楚。
     
      近日,Horticulture Research在線發(fā)表了蔬菜研究中心西瓜課題組題為CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of ClBG1 decreased seed size forbid promoted seed germination in watermelon的研究論文。該研究揭示了脫落酸(ABA)含量調(diào)控路徑中的關(guān)鍵基因--β-葡萄糖苷酶基因(ClBG1)調(diào)控西瓜種子大小的分子機(jī)制,為解析西瓜種子大小的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了分子基礎(chǔ)。
     
      該研究利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除了西瓜中ABA含量調(diào)控關(guān)鍵基因ClBG1,敲除突變體中ABA含量顯著下降,種子長、寬和千粒重顯著降低。進(jìn)一步細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),與野生型西瓜相比,Clbg1敲除突變體種子細(xì)胞數(shù)目顯著降低。對野生和Clbg1敲除突變體種子發(fā)育早期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對比分析顯示,授粉后10天和18天的Clbg1敲除突變體種子中,分別有1200和1614個(gè)差異表達(dá)基因。GO富集分析顯示,“microtubule-based process”, “cytoskeletal protein binding”,“microtubule binding”, “tubulin binding”和 “cell cycle process”是前5名顯著富集的GO 路徑,這表明細(xì)胞骨架和細(xì)胞循環(huán)相關(guān)的基因可能參與了西瓜種子大小的調(diào)控。同時(shí),參與種子大小調(diào)控的相關(guān)信號路徑中的同源基因表達(dá)也發(fā)生了變化。此外,由于Clbg1敲除突變體中ABA的含量下降,種子萌發(fā)勢增加,萌發(fā)提前。
     
      綜上所述,ClBG1通過影響ABA含量,進(jìn)而影響細(xì)胞骨架、細(xì)胞循環(huán)和種子大小調(diào)控相關(guān)路徑中基因的表達(dá),最終調(diào)控了西瓜種子的大小。研究結(jié)果將為培育優(yōu)質(zhì)西瓜新品種提供理論依據(jù)。
     
      王艷萍博士后(現(xiàn)工作于蔬菜研究中心)和王晉芳博士后為該論文的共同第一作者,許勇研究員為該論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、院協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助。

     
     

    日期:2021-04-14
     
     
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