PBJ ｜蔬菜花卉研究所张圣平团队揭示CsEIN2调控黄瓜耐低温和雌花形成协同驯化的分子机制

       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著名植物学期刊 Plant Biotechnology Journal (IF5 year =12.4) 上发表题为“Co-domestication of cold tolerance and female flower is determined by CsEIN2 in cucumber”的重要研究成果。该研究在黄瓜耐低温性和雌花形成分子机制上取得突破性进展，鉴定出核心调控基因CsEIN2及其关键功能位点，为培育适应长季节栽培的耐低温、高产黄瓜新品种奠定了坚实基础。

       全球气候变化导致的低温给农业生产造成重大损失。黄瓜是世界上广泛种植的重要蔬菜作物，低温是制约设施黄瓜长季节栽培的主要瓶颈，不仅影响生长发育，更显著降低产量——尤其是关乎单产的雌花形成。生产上的一个普遍现象也表明温度与雌花形成有着紧密联系：高纬度地区或春季低温条件下黄瓜雌花多，而低纬度或秋季高温雌花少。然而，调控这两大关键性状（耐低温性与雌花形成）的核心基因及机制尚不清楚。

       通过深入研究，成功挖掘到乙烯信号通路的关键基因 CsEIN2。有趣地是，该基因被证实具有双重功能：它不仅是黄瓜耐低温性的正调控因子，更是调控雌花形成的“枢纽”基因，对雌花发育不可或缺。进一步研究阐明了其作用机制：在耐低温性方面，CsEIN2 通过结合下游转录因子 CsEIN3 激活 CsCBF2 的表达，从而提升黄瓜耐低温性，其与模式植物拟南芥中乙烯调控耐低温的机制相反，具有物种特异性。在雌花形成方面，CsEIN3 可促进 CsERF31 的表达，进而调控雌花发育。

       更为关键地是，CsEIN2 基因 C 端三个紧密连锁的自然变异（CsEIN2^CTC 和 CsEIN2^TCG）直接影响 CsEIN2 与 CsEIN3 的互作，决定了不同黄瓜种质在耐低温性和雌花形成的差异。其中，携带 CsEIN2^CTC 单倍型的黄瓜种质耐低温性强、雌花多。地理分布表明，随着纬度升高（温度更低），携带CsEIN2^CTC优异单倍型的种质比例显著增加，证明 CsEIN2^CTC 在黄瓜适应高纬度寒冷地区的栽培中发挥重要作用。

       该研究首次解析了黄瓜关键基因 CsEIN2 协同调控耐低温性与雌花形成的分子机制，揭示了“协同驯化”的遗传基础；鉴定到关键功能位点和优异单倍型 CsEIN2^CTC，为黄瓜分子设计育种提供了精准靶点和基因资源，为培育耐低温稳产黄瓜新品种提供了坚实的理论依据。

图1.CsEIN2决定了黄瓜耐低温性和雌花形成的协同驯化

       该研究以中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一和通讯作者单位。张圣平研究员、苗晗研究员和作物科学研究所孙加强研究员为共同通讯作者。李彩霞博士后、董邵云副研究员、刘小萍博士、官健涛副研究员为论文共同第一作者。该研究受到园艺基础科学研究中心、国家自然科学基金、现代农业产业技术体系、中国农业科学院创新工程等项目资助。

原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70195