蔬菜所功能基因组学创新团队发现黄瓜卷须发育的身份基因

         一个稀有遗传变异决定黄瓜卷须发育

    近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所功能基因组学创新团队通过基因组学、变异组学和转录组学的综合分析，并应用稀有遗传变异的分析策略，发现了控制黄瓜卷须发育的身份基因TEN，揭示了黄瓜卷须的同源器官是侧枝——这一曾经困扰达尔文的植物发育学谜团。相关研究成果于近日在线发表在国际知名刊物《分子植物（Molecular Plant）》杂志上。
    在医学研究上，稀有变异已被研究寻找各种疾病基因；但是在农业研究上，全基因组范围内功能性的稀有变异的研究还鲜有报道。在农业育种史上，稀有变异的利用具有重要意义。如水稻的不脱粒性和小麦矮秆等的稀有突变性状等，被人类驯化和选择成重要的农艺性状。
    卷须是黄瓜的攀援器官，但黄瓜卷须的“身份”即其同源器官是什么并不清楚。在温室中栽培的黄瓜并不需要卷须来攀援，为了减少生物量的浪费，农民需要人工摘除卷须。培育完全没有卷须的省力品种，是黄瓜育种的重要方向之一。
    该团队在世界范围内的3000多份黄瓜种质里发现了唯一的一份无卷须的稀有黄瓜种质，其卷须被侧枝所替代，失去攀援能力；表型观察和遗传分析表明黄瓜的卷须和侧枝是一对同源器官。利用2013年在《Nature Genetics》发布的黄瓜变异组图谱数据，进一步通过基因组学、转录组学和稀有变异的综合分析，在全基因组360多万个变异中，发现了对应无卷须种质的一个稀有SNP。该SNP位于一个TCP家族CYC/TB1亚类转录因子的保守结构域，遗传证明这个TCP基因就是卷须发育的身份基因TEN。研究进一步发现该稀有变异显著降低了TEN基因的转录激活功能，影响了一系列下游基因的表达，从而调控了卷须身份的转换和卷须的运动。本研究为在植物基因组中研究功能性稀有变异提供了一个范例，并揭示了黄瓜卷须同源器官为侧枝这一历史谜团，同时也为黄瓜无卷须株型育种提供了一个理论支撑。
    中国农科院研究生院博士生王深浩是论文第一作者。研究得到了国家自然科学基金、科技部973项目及中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。