近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院張小蘭課題組在The Plant Cell雜志在線發(fā)表題為“A Functional Allele of CsFUL1 Regulates Fruit Length through Repressing CsSUP and Inhibiting Auxin Transport in Cucumber”的研究論文。該研究克隆和功能解析了黃瓜上一個編碼MADS-box家族的轉(zhuǎn)錄因子FRUITFULL (CsFUL1)，揭示了CsFUL1基因參與黃瓜果長變異的分子調(diào)控機制。 

黃瓜是全世界范圍內(nèi)重要的蔬菜作物之一，其果實具有較高的食用價值和經(jīng)濟價值。黃瓜果實長短影響其產(chǎn)量和外觀品質(zhì)，是馴化過程中的重要農(nóng)藝性狀。黃瓜野生種 (C. sativus var. hardwickii) 果實小且圓，長度約3-5 cm，而東亞型黃瓜長度一般超過35 cm。在黃瓜栽培馴化過程中，影響黃瓜果實長短差異的關(guān)鍵調(diào)控因子及其分子機理仍知之甚少。MADS-box家族轉(zhuǎn)錄因子在植物生殖發(fā)育和作物產(chǎn)量提高等發(fā)面發(fā)揮了重要作用，其中MADS-box轉(zhuǎn)錄因子FRUITFULL (FUL) 在擬南芥中控制果莢開裂，在番茄中影響果實成熟，而黃瓜中FUL的同源基因是否參與果實發(fā)育尚不清楚。

張小蘭課題組通過對150份不同果長的黃瓜材料進行序列分析，發(fā)現(xiàn)了單個氨基酸位點發(fā)生變化的2個CsFUL1等位基因，分別命名為CsFUL1^A和CsFUL1^C。其中，CsFUL1^A特異性地存在于東亞型長果黃瓜中，而CsFUL1^C則存在于野生、半野生型、以及其他栽培黃瓜中。利用黃瓜穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系發(fā)現(xiàn)，干擾表達CsFUL1^A導(dǎo)致果實變長，過量表達CsFUL1^A導(dǎo)致果實變短，而CsFUL1^C的表達變化不影響果實長短。因此，在東亞型黃瓜選育中，CsFUL1^A是一個獲得性等位基因，抑制黃瓜果實伸長。

為了進一步揭示CsFUL1^A參與黃瓜果實發(fā)育的分子機制，張小蘭課題組利用分子生物學(xué)及生物化學(xué)等試驗方法發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)CsFUL1^A直接抑制CsSUP基因的表達進而調(diào)控細胞分裂和擴張；同時，CsFUL1^A直接抑制兩個生長素運輸基因CsPIN1和CsPIN7的表達進而減少生長素積累。該研究結(jié)果不僅為揭示黃瓜果實長度的遺傳調(diào)控機制提供參考，而且為控制黃瓜果實長短的分子設(shè)計育種提供重要目標基因。 

該論文被The Plant Cell雜志選為亮點文章以In Brief 和In a Nutshell 進行重點推介，并且被The Plant Cell 和ASPB 在Science 新聞網(wǎng)Eurekalert上進行了新聞發(fā)表(Press release)。張小蘭教授為通訊作者，博士研究生趙劍宇、蔣勵、硨根為論文共同第一作者。該工作得到了國家重點研究發(fā)展規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃資助。張小蘭教授長期從事黃瓜外觀品質(zhì)形成機理研究，該研究是她2019年繼在Current Opinion in Plant Biology發(fā)表題為‘Molecular basis of cucumber fruit domestication’論文后的又一重要進展。