Horticulture Research | 蔬菜花卉研究所张圣平团队发现乙烯响应因子CsESR1控制黄瓜表皮毛

       近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张圣平研究员团队在国际园艺学知名期刊《Horticulture Research》（IF=9.5，Q1）在线发表了题为“The Ethylene-Responsive Transcription Factor CsESR1 Positively Regulates Cucumber Trichomes”的研究论文。研究通过图位克隆鉴定到黄瓜表皮毛发育新基因CsGL2，该基因编码乙烯响应转录因子ESR1。明确了CsGL2与无毛突变基因CsGL1、CsGL3的调控关联网络，为解析黄瓜表皮毛发育的分子调控机制提供了全新的理论依据。

       黄瓜是我国的主要蔬菜，栽培面积和产量位居世界第一。刺瘤和表皮毛是黄瓜果实表皮的特化结构，直接决定果实外观品质与商品价值，是黄瓜育种中的核心农艺性状。植物表皮毛是表皮细胞分化形成的精细突起结构，有助于植株抵御紫外线辐射、极端温度和昆虫取食等逆境胁迫，是植物适应外界环境的重要保护屏障。

       研究团队前期将黄瓜无毛基因CsGL2初步定位在2号染色体。本研究利用扩大后的F2分离群体，将CsGL2精细定位至72.5 kb区间，结合基因组序列差异、种质变异分析及基因表达模式筛选，锁定乙烯响应转录因子编码基因CsESR1为CsGL2的候选基因。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对该基因进行敲除，获得的编辑突变体与Csgl2突变体表型完全一致，证实CsESR1即为调控黄瓜表皮毛发育的功能基因。

图1 基因编辑验证CsGL2基因的生物学功能

       研究团队进一步解析了CsGL2的分子调控通路与遗传网络。酵母单杂交（Y1H）、凝胶迁移实验（EMSA）和双荧光素酶验证结果表明，CsGL2可直接结合下游关键基因CsGL1的启动子区域并正向激活其表达，CsGL1蛋白可直接与CsGL3蛋白互作，调控黄瓜表皮毛的分化发育。遗传上位性分析表明，CsGL3对CsGL1、CsGL2均具有上位调控效应，明确了三者在遗传通路中的层级调控关系。

       该研究揭示了乙烯响应转录因子CsESR1（CsGL2）参与调控黄瓜表皮毛发育，完善了黄瓜表皮毛与果刺形成的分子调控网络，填补了乙烯响应因子参与瓜类表皮发育调控的研究空白。该成果不仅丰富了植物表皮毛发育的分子理论体系，也为黄瓜无毛、少刺等优质外观性状的分子精准育种提供了新的基因靶点与理论支撑。

图2 CsGL2 调控黄瓜表皮毛发育的工作模型

       中国农业科学院蔬菜花卉研究所为论文第一完成单位。蔬菜花卉研究所张圣平研究员、苗晗研究员为共同通讯作者。助理研究员刘小萍和副研究员董邵云为该论文的共同第一作者。本研究得到了中国农业科学院创新工程和农业部园艺作物生物学与遗传改良重点实验室等项目资助。沈阳农业大学潘健副教授为本文作出了重要指导。

原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhag350