陕西
近日，中国农业大学园艺学院任华中/刘兴旺团队在Plant Physiology发表了题为“The transcription factor CsAPRR2 controls peel color by regulating the expression of SULFURTRANSFERASE14 in cucumber”的研究论文。本研究利用经过多年连续自交获得的近等基因 系材料 6101-11和6101-12，成功挖掘到控制黄瓜商品瓜皮色黄化的关键基因CsAPRR2。该研究不仅揭示了 CsAPRR2 调控黄瓜果实皮色形成中的生物学功能，并提出 CsAPRR2 通过调控硫代谢进而影响叶绿体发育的新机制。这一发现为深入理解植物果实皮色形成的分子基础提供了新的视角，同时也为利用基因编辑技术调控黄瓜果实外观品质提供了重要的理论依据和实践指导。
黄瓜 ( Cucumis sativus L) 是世界范围内广泛种植的蔬菜作物， 具不仅 在日常饮食中占有重要地位，且因其含有丰富的维生素和矿物质而备受推崇。近年来，随着分子生物学技术的发展，通过基因组学、分子遗传学、表型组学和基因挖掘等手段对解析黄瓜重要性状的研究取得了诸多进展，极大地推动了黄瓜果实品质性状的分子研究。果皮颜色是决定黄瓜果实外观和品质的重要性状，主要由叶绿素、类胡萝卜素和类黄酮等色素的含量和比例决定。目前已鉴定出多个控制果皮颜色的基因，但其参与果皮颜色调控的机制尚不清楚。
该研究利用团队所创制的近等基因系 6101-11 （黄皮） 和6101-12 （花绿皮） 构建 了 F ₂ 分离群体。通过对F ₂ 代个体的果皮颜色 分离状况 统计发现 ， 果皮颜色的遗传模式符合单基因 控制的孟德尔遗传规律。 通过设计 分子标记对F ₂ 群体进行基因分型 并 构建遗传连锁图谱 ， 将果皮颜色的表型与分子标记的遗传连锁关系进行分析， 最终 目标基因定位到黄瓜基因组 3号染色体末端的198.7 kb 区域 内，再经 RNA-seq 分析，最终锁定了该区间内的 CsAPRR2 为果皮黄化的候选基因。
图 1CsAPRR2的生物学功能验证
为了验证 CsAPRR2 的功能，采用CRISPR/Cas9 介 导的基因编辑技术，成功敲除 CsAPRR2 基因。 CsAPRR2 基因敲除后的突变体黄瓜表现出叶绿体结构异常和果皮黄化的表型，表明 CsAPRR2 在维持叶绿体发育和果皮颜色中起关键作用。进一步通过RNA-seq和DAP-seq 联合分析，筛选出
SULFURTRANSFERASE14（ CsSTR14 ）为 CsAPRR2 的下游靶基因。CsSTR14编码一种硫转移酶，其定位在叶绿体。CsAPRR2能够直接结合到 CsSTR14 基因的启动子区域并激活其表达。值得注意的是，
csaprr2仍能结合 CsSTR14 。在突变植株中，
csaprr2的转录激活能力降低，即使结合位点没有变化，但突变后的
APRR2不再以同样强的亲和力与 CsSTR14 的启动子区域结合，导致 CsSTR14 表达下调，进而影响了黄瓜果皮中硫的运输从而影响其叶绿体结构的发育，导致果皮黄化。这一发现不仅为深入理解果皮颜色形成的分子机制提供了新的视角，同时为硫代谢调控叶绿体发育的研究拓展了新的方向。
图 2CsAPRR2控制黄瓜果皮颜色的模式图
中国农业大学园艺学院硕士研究生樊姗姗为本论文第一作者，任华中教授、刘兴旺副教授为本论文通讯作者。已毕业硕士生马雯月和单楠参与了该项前期研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目、111项目、三亚崖州湾科技管理局项目和中国农业大学2115人才培养计划等项目的支持。
任华中、刘兴旺课题组长期从事黄瓜遗传改良与分子调控研究，取得了一系列重要研究进展，已在 Plant cell 、 Plant Biotechnology Journal 、 Journal of Advanced Research 、 New Phytologist 、 Plant Physiology 、 Plant Journal 、 Horticulture Research 等国际主流学术期刊发表论文60余篇。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf249
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