記者7日從中國農業(yè)科學院獲悉，該院蔬菜花卉研究所研究員楊學勇團隊聯(lián)合華大生命科學研究院等研究團隊的最新研究，首次構建了植物發(fā)育花芽時空轉錄組圖譜并重建其細胞譜系，并揭示了黃瓜的“雌花發(fā)育秘密”——基因開關決定雌花的性別和果實長相。相關成果日前發(fā)表在《自然·植物》（《Nature Plants》）上。
“黃瓜花有雌花和雄花之分，而決定它們性別的關鍵，就藏在花朵底部的‘小房子’——子房里。本次的研究發(fā)現(xiàn)，這個‘小房子’的位置和形態(tài)，由一組特殊的基因（KNAT2-like1）開關控制?！闭撐耐ㄓ嵶髡邨顚W勇表示。
黃瓜上位和下位子房形成示意圖。
黃瓜、西瓜等葫蘆科植物的果實由花朵底部的“小房子”膨大而成。這種長在花器官下方的子房被稱為“下位子房”，而蘋果、梨等假果也是由同樣的結構發(fā)育而來。但長期以來，科學界對下位子房的形成機制知之甚少。
研究團隊通過研究黃瓜發(fā)現(xiàn)，下位子房的形成與花托的異常膨大密切相關。為了揭開這個過程的基因調控機制，研究團隊使用了華大基因的“時空相機”Stereo-seq技術?！斑@項技術就像給植物發(fā)育過程拍電影，記錄下每個細胞在何時何地表達哪些基因。通過分析52個不同發(fā)育階段的樣本，我們團隊繪制了黃瓜花芽的‘細胞譜系圖’，發(fā)現(xiàn)花托的快速生長源于一種特殊的分生組織活性。”楊學勇說。
此外，研究團隊還找到了控制這一過程的“主開關”——KNAT2-like1基因。“這個基因就像汽車的油門，不僅啟動花托的早期發(fā)育，還持續(xù)推動細胞分裂。當關閉這個基因時，黃瓜花托停止生長，雌花變成了類似番茄的兩性花，子房也回到了上位狀態(tài)?！睏顚W勇說。
“本次研究首次從基因層面解釋了下位子房的形成機制，這對葫蘆科作物育種具有重要意義?！睏顚W勇表示，未來有望通過分子設計育種，培育出產量更高、抗逆性更強的新品種，讓老百姓的菜籃子更豐富。
（受訪者供圖）
