近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所葫蘆科蔬菜遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在黃瓜耐冷分子機(jī)制研究上取得重要進(jìn)展。該研究揭示了CsSGR調(diào)控黃瓜冷脅迫的分子機(jī)制，鑒定了CsSGR編碼區(qū)SNP323是影響CsSGR蛋白作用及黃瓜耐冷性的重要功能位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)耐冷單倍型CsSGRHapG參與黃瓜對(duì)高緯度寒冷地區(qū)的適應(yīng)性。相關(guān)研究結(jié)果以 “Natural variation in STAYGREEN contributes to low temperature tolerance in cucumber”為題發(fā)表于國際著名植物學(xué)期刊Journal of Integrative Plant Biology上（IF=11.4）。
黃瓜是世界上重要的經(jīng)濟(jì)蔬菜作物，冷脅迫是制約黃瓜早熟豐產(chǎn)的重要環(huán)境因子。研究黃瓜耐冷的分子機(jī)制，挖掘優(yōu)良等位變異，選育耐冷的優(yōu)異種質(zhì)成為育種亟待解決的問題。然而，長期以來黃瓜耐冷的基因挖掘及分子調(diào)控機(jī)制等研究匱乏，嚴(yán)重限制了耐冷分子育種進(jìn)程。
該研究對(duì)173份黃瓜核心種質(zhì)進(jìn)行耐冷性評(píng)價(jià)，通過GWAS分析，發(fā)現(xiàn)CsSGR外顯子上一個(gè)SNP變異與耐冷顯著關(guān)聯(lián)，該基因編碼一個(gè)衰老誘導(dǎo)的葉綠體滯綠蛋白。單倍型分析發(fā)現(xiàn)攜帶CsSGRHapA等位基因的155份材料的冷害指數(shù)顯著高于攜帶CsSGRHapG等位基因的材料，且所有攜帶CsSGRHapG等位基因的材料均表現(xiàn)為耐冷。CsSGR基因編輯株系的耐冷能力顯著提高，且含有更高的葉綠素含量和降低的ROS水平，表明CsSGR是黃瓜耐冷的負(fù)調(diào)控因子。通過Dual-LUC和EMSA等實(shí)驗(yàn)證明CsCBF1轉(zhuǎn)錄因子可以結(jié)合CsSGR的啟動(dòng)子并直接激活其表達(dá)。進(jìn)一步對(duì)SNP變異進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)自然變異影響CsSGR與CsNYC1的結(jié)合，從而影響葉綠素的降解。在耐冷單倍型CsSGRHapG中，CsSGR與CsNYC1的結(jié)合能力減弱，葉綠素含量提高，ROS水平降低。單倍型的地理分布表明CsSGRHapG只存在于歐洲和北美洲種質(zhì)中，表明其可能與高緯度寒冷地區(qū)的適應(yīng)性相關(guān)，對(duì)黃瓜在寒冷地區(qū)栽培中發(fā)揮重要作用。該研究結(jié)果為闡明黃瓜響應(yīng)冷脅迫分子機(jī)制提供了重要理論依據(jù)，也可為耐冷品種培育提供基因資源。
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、苗晗副研究員和作物科學(xué)研究所孫加強(qiáng)研究員為共同通訊作者。董邵云副研究員、李彩霞博士研究生、田豪杰已畢業(yè)碩士為論文共同第一作者。該研究受到國家自然科學(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://doi.org/10.1111/jipb.13571
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