北京市農(nóng)林科學(xué)院在脫落酸調(diào)控西瓜種子大小研究方面取得新進(jìn)展

西瓜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(duì)于籽用西瓜品種的種子越大越好，而對(duì)于以果實(shí)作為產(chǎn)量器官的鮮食西瓜品種來說，為了提升食用體驗(yàn)，無籽或者種子越小越好；然而，目前西瓜種子大小調(diào)控的分子機(jī)制尚不清楚。

2021年4月12日，《Horticulture Research》在線發(fā)表了北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心題為“CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis ofClBG1decreased seed size and 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)。

項(xiàng)目組利用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、寬和千粒質(zhì)量顯著降低。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(duì)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(duì)比分析顯示，授粉后10 d和18 d的Clbg1敲除突變體種子中，分別有1 200和1 614個(gè)差異表達(dá)基因。GO富集分析顯示，“microtubulebased 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(hào)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(shì)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)。