黃瓜花打頂基因鑒定取得重要進(jìn)展

2019 年7 月，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張小蘭課題組，美國(guó)威斯康辛大學(xué)翁益群課題組與北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心溫常龍課題組在《Development》雜志在線發(fā)表題為“CsTFL1 inhibits determinate growth and terminal f lower formation through interaction with CsNOT2a in cucumber （Cucumis sativus L.）”的研究論文（DOI：10.1242/dev.180166）。該研究利用一個(gè)黃瓜有限生長(zhǎng)的突變體材料，通過圖位克隆精確定位到了控制黃瓜有限生長(zhǎng)的關(guān)鍵基因CsTFL1（terminal f lower 1），該基因發(fā)生突變后可導(dǎo)致黃瓜有限生長(zhǎng)，呈現(xiàn)出“花打頂”現(xiàn)象，因此CsTFL1 基因被稱為花打頂基因。

我國(guó)是黃瓜生產(chǎn)第一大國(guó)，年種植面積超過126.7 萬(wàn)hm2（1 900 萬(wàn)畝），產(chǎn)量達(dá)6 700 萬(wàn)t，但平均單產(chǎn)不足荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的1/4。其中花打頂是嚴(yán)重限制冬春季黃瓜生產(chǎn)的重要因子，平均導(dǎo)致減產(chǎn)30%，嚴(yán)重時(shí)絕產(chǎn)。因而挖掘黃瓜花打頂基因，研究花打頂形成分子機(jī)理具有重要的生產(chǎn)實(shí)踐意義。聯(lián)合課題組率先圖位克隆了控制黃瓜產(chǎn)生花打頂?shù)闹匾駽sTFL1，發(fā)現(xiàn)該基因一個(gè)單堿基突變所導(dǎo)致的編碼氨基酸改變是引起花打頂?shù)年P(guān)鍵。利用黃瓜遺傳轉(zhuǎn)化體系，通過RNAi 干擾CsTFL1 基因表達(dá)亦可導(dǎo)致花打頂表型，而且CsTFL1 可以互補(bǔ)模式植物擬南芥花打頂突變體tf l1 的表型，多方面證明了CsTFL1 抑制開花和誘導(dǎo)產(chǎn)生花打頂?shù)墓δ堋?/p>

TFL1 基因在模式植物中普遍被證實(shí)為開花抑制基因，研究表明其可通過蛋白互作與開花基因FT 拮抗競(jìng)爭(zhēng)同一開花轉(zhuǎn)錄因子FD 來(lái)行使其抑制開花的功能。但是聯(lián)合課題組研究發(fā)現(xiàn)黃瓜CsTFL1 基因與其在擬南芥、水稻的同源基因TFL1 分子作用機(jī)制不同，不能與黃瓜中的開花轉(zhuǎn)錄因子CsFD 蛋白直接互作而抑制開花基因表達(dá)（擬南芥模式），也不能通過14-3-3 蛋白連接與FD 蛋白互作（水稻模式）。然而黃瓜中的開花基因CsFT 可直接與開花轉(zhuǎn)錄因子CsFD 蛋白互作， 且CsFD 可與14-3-3 蛋白互作。

進(jìn)而，聯(lián)合課題組利用cDNA 文庫(kù)鑒定了一個(gè)可與黃瓜CsTFL1 互作的關(guān)鍵蛋白CsNOT2a。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該基因可連接CsTFL1 與一個(gè)FDP（FD PARALOG）蛋白互作，該FDP蛋白與FD 蛋白同屬bZIP 轉(zhuǎn)錄因子家族，具有調(diào)控下游開花基因的功能。因而，聯(lián)合課題組繪制了黃瓜中的開花激活復(fù)合體（CsFT-CsFD-Cs1433）與開花抑制復(fù)合體模型（CsTFL1-CsNOT2a-CsFDP），并推斷該兩類復(fù)合體通過競(jìng)爭(zhēng)調(diào)控下游開花基因CsAP1 與CsLFY 等來(lái)調(diào)控黃瓜花打頂?shù)男纬膳c否。該研究結(jié)論可為利用遺傳改良方式創(chuàng)制抗花打頂?shù)狞S瓜新品種奠定重要基礎(chǔ)，亦可為其他瓜類作物花打頂防治研究提供重要參考，為研究TFL1 的分子機(jī)制提供新的思路。