近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組所在《植物細(xì)胞（The Plant Cell）》上在線發(fā)表了一篇題為Genetic Regulation of Ethylene Dosage for Cucumber Fruit Elongation 的研究論文，揭示了黃瓜果實(shí)發(fā)育的乙烯調(diào)控機(jī)制。
    植物器官的生長和發(fā)育取決于生長刺激和抑制之間的微妙平衡。果實(shí)大小和形狀是影響產(chǎn)量和商品價(jià)值的重要農(nóng)藝性狀。葫蘆科是一個(gè)非常大的、多樣化的植物家族，為人類提供許多重要的蔬菜和水果。研究表明，葫蘆科果實(shí)由下位子房發(fā)育而來，并因?yàn)闃O端多樣的果實(shí)大小和形態(tài)而聞名（從小到巨大，從扁圓到伸長）。然而，調(diào)控果實(shí)生長平衡，實(shí)現(xiàn)最終果實(shí)大小和形態(tài)的分子機(jī)制仍不清楚。

黃瓜果實(shí)伸長表現(xiàn)出乙烯劑量依賴性

    在這項(xiàng)研究中，研究人員以兩個(gè)黃瓜的短瓜材料（sf1突變體和acs2 突變體）為對(duì)象，研究了乙烯劑量精細(xì)調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長的分子機(jī)制。sf1突變體表現(xiàn)為果實(shí)細(xì)胞分裂減弱并且產(chǎn)生過量乙烯；acs2 突變體表現(xiàn)為果實(shí)細(xì)胞分裂減弱但是產(chǎn)生的少量的乙烯。SF1  (Short Fruit 1) 編碼一個(gè)E3泛素連接酶，該研究發(fā)現(xiàn)，SF1泛素化修飾并降解自身及其底物ACS2 (乙烯合成途徑中的限速酶，1-Aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 2)；SF1突變后， 導(dǎo)致ACS2積累，從而促進(jìn)乙烯過量合成；研究進(jìn)一步揭示了乙烯對(duì)黃瓜果實(shí)長度調(diào)控的劑量依賴性，過高或過低的乙烯劑量都會(huì)對(duì)黃瓜果實(shí)細(xì)胞分裂產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制，而合適劑量的乙烯會(huì)促進(jìn)細(xì)胞分裂，調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長。因此，SF1通過泛素化降解其自身和ACS2實(shí)現(xiàn)對(duì)黃瓜果實(shí)中乙烯劑量的精細(xì)控制，從而調(diào)控黃瓜果實(shí)伸長。以上研究為理解葫蘆科果實(shí)形態(tài)建成的遺傳和分子基礎(chǔ)提供了重要的信息。

乙烯劑量調(diào)控黃瓜果實(shí)細(xì)胞分裂的遺傳和分子機(jī)制

    在生產(chǎn)上，由于不同的消費(fèi)者群體對(duì)黃瓜果實(shí)大小的偏好不同，該研究成果也為通過外源處理或基因編輯技術(shù)生產(chǎn)不同長度的黃瓜提供了潛在的方法，有望為黃瓜果實(shí)大小的改良育種提供科學(xué)基礎(chǔ)。
    該研究團(tuán)隊(duì)以蔬菜產(chǎn)業(yè)中的重大科技需求為目標(biāo)，以基因組學(xué)工具為依托，解決蔬菜作物的重大基礎(chǔ)生物學(xué)問題，為培育我國優(yōu)良蔬菜品種奠定重要的理論基礎(chǔ)。該研究得到了國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。該論文的共同第一作者為中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所、深圳農(nóng)業(yè)基因組所和西北農(nóng)林科技大學(xué)共同培養(yǎng)的研究生辛同旭和張震。通訊作者為中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所功能基因課題組楊學(xué)勇副研究員。

原文鏈接：
http://www.plantcell.org/content/early/2019/03/26/tpc.18.00957