研究發(fā)現(xiàn)功能基因可以調(diào)控南瓜性別

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)屈淑平教授團(tuán)隊(duì)基于正向遺傳學(xué)手段，成功精細(xì)定位并克隆控制印度南瓜強(qiáng)雌性狀的重要功能基因CmaCPK4，并解析其分子機(jī)制，為南瓜性別決定調(diào)節(jié)機(jī)制提供了重要的基因資源。相關(guān)成果于2024年12月發(fā)表在《植物生理》上。

南瓜為葫蘆科一年蔓生性草本植物，是世界范圍內(nèi)重要的園藝作物。南瓜屬作物主要的性別形式是雌雄異花同株，其產(chǎn)量與雌花出現(xiàn)早晚及數(shù)量密切相關(guān)。強(qiáng)雌性的利用可以顯著增加南瓜的產(chǎn)量，提高制種效率及雜交種的純度，強(qiáng)雌品系的培育已經(jīng)成為南瓜育種的主要目標(biāo)。但目前南瓜強(qiáng)雌控制基因未見(jiàn)報(bào)道，其調(diào)控機(jī)制尚不明確。

本工作中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)遺傳分析、全基因組重測(cè)序和分子標(biāo)記輔助驗(yàn)證表明，由于CmaCPK4基因啟動(dòng)子區(qū)插入一個(gè)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，最終導(dǎo)致強(qiáng)雌表型的產(chǎn)生。為進(jìn)一步解析CmaCPK4調(diào)控南瓜性別決定的功能，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)熒光素酶互補(bǔ)成像、雙分子熒光互補(bǔ)、pull-down和體外磷酸化試驗(yàn)，證實(shí)CmaCPK4與乙烯合成關(guān)鍵酶CmaACS5和CmaACS7相互作用并使其磷酸化，導(dǎo)致強(qiáng)雌系中乙烯含量增加，進(jìn)而調(diào)控印度南瓜的性別決定。

CmaCPK4調(diào)控南瓜性別決定的工作模型。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖

綜上所述，該研究解析了CPK4-ACS5/ACS7模塊在調(diào)控南瓜性別決定中的作用機(jī)制，為精準(zhǔn)高效培育高產(chǎn)南瓜品種提供理論與技術(shù)支撐，也豐富了葫蘆科作物性別決定的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。