近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張圣平研究員團(tuán)隊在國際著名植物學(xué)期刊 Plant Biotechnology Journal (IF5 year =12.4) 上發(fā)表題為“Co-domestication of cold tolerance and female flower is determined by CsEIN2 in cucumber”的重要研究成果。該研究在黃瓜耐低溫性和雌花形成分子機(jī)制上取得突破性進(jìn)展，鑒定出核心調(diào)控基因CsEIN2及其關(guān)鍵功能位點(diǎn)，為培育適應(yīng)長季節(jié)栽培的耐低溫、高產(chǎn)黃瓜新品種奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

       全球氣候變化導(dǎo)致的低溫給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成重大損失。黃瓜是世界上廣泛種植的重要蔬菜作物，低溫是制約設(shè)施黃瓜長季節(jié)栽培的主要瓶頸，不僅影響生長發(fā)育，更顯著降低產(chǎn)量——尤其是關(guān)乎單產(chǎn)的雌花形成。生產(chǎn)上的一個普遍現(xiàn)象也表明溫度與雌花形成有著緊密聯(lián)系：高緯度地區(qū)或春季低溫條件下黃瓜雌花多，而低緯度或秋季高溫雌花少。然而，調(diào)控這兩大關(guān)鍵性狀（耐低溫性與雌花形成）的核心基因及機(jī)制尚不清楚。

       通過深入研究，成功挖掘到乙烯信號通路的關(guān)鍵基因 CsEIN2。有趣地是，該基因被證實(shí)具有雙重功能：它不僅是黃瓜耐低溫性的正調(diào)控因子，更是調(diào)控雌花形成的“樞紐”基因，對雌花發(fā)育不可或缺。進(jìn)一步研究闡明了其作用機(jī)制：在耐低溫性方面，CsEIN2 通過結(jié)合下游轉(zhuǎn)錄因子 CsEIN3 激活 CsCBF2 的表達(dá)，從而提升黃瓜耐低溫性，其與模式植物擬南芥中乙烯調(diào)控耐低溫的機(jī)制相反，具有物種特異性。在雌花形成方面，CsEIN3 可促進(jìn) CsERF31 的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控雌花發(fā)育。

       更為關(guān)鍵地是，CsEIN2 基因 C 端三個緊密連鎖的自然變異（CsEIN2^CTC 和 CsEIN2^TCG）直接影響 CsEIN2 與 CsEIN3 的互作，決定了不同黃瓜種質(zhì)在耐低溫性和雌花形成的差異。其中，攜帶 CsEIN2^CTC 單倍型的黃瓜種質(zhì)耐低溫性強(qiáng)、雌花多。地理分布表明，隨著緯度升高（溫度更低），攜帶CsEIN2^CTC優(yōu)異單倍型的種質(zhì)比例顯著增加，證明 CsEIN2^CTC 在黃瓜適應(yīng)高緯度寒冷地區(qū)的栽培中發(fā)揮重要作用。

       該研究首次解析了黃瓜關(guān)鍵基因 CsEIN2 協(xié)同調(diào)控耐低溫性與雌花形成的分子機(jī)制，揭示了“協(xié)同馴化”的遺傳基礎(chǔ)；鑒定到關(guān)鍵功能位點(diǎn)和優(yōu)異單倍型 CsEIN2^CTC，為黃瓜分子設(shè)計育種提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)和基因資源，為培育耐低溫穩(wěn)產(chǎn)黃瓜新品種提供了堅實(shí)的理論依據(jù)。

圖1.CsEIN2決定了黃瓜耐低溫性和雌花形成的協(xié)同馴化

       該研究以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為第一和通訊作者單位。張圣平研究員、苗晗研究員和作物科學(xué)研究所孫加強(qiáng)研究員為共同通訊作者。李彩霞博士后、董邵云副研究員、劉小萍博士、官健濤副研究員為論文共同第一作者。該研究受到園藝基礎(chǔ)科學(xué)研究中心、國家自然科學(xué)基金、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。

原文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70195