記者7日從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，該院蔬菜花卉研究所研究員楊學(xué)勇團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華大生命科學(xué)研究院等研究團(tuán)隊(duì)的最新研究，首次構(gòu)建了植物發(fā)育花芽時(shí)空轉(zhuǎn)錄組圖譜并重建其細(xì)胞譜系，并揭示了黃瓜的“雌花發(fā)育秘密”——基因開(kāi)關(guān)決定雌花的性別和果實(shí)長(zhǎng)相。相關(guān)成果日前發(fā)表在《自然·植物》（《Nature Plants》）上。
“黃瓜花有雌花和雄花之分，而決定它們性別的關(guān)鍵，就藏在花朵底部的‘小房子’——子房里。本次的研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)‘小房子’的位置和形態(tài)，由一組特殊的基因（KNAT2-like1）開(kāi)關(guān)控制?！闭撐耐ㄓ嵶髡邨顚W(xué)勇表示。
黃瓜上位和下位子房形成示意圖。
黃瓜、西瓜等葫蘆科植物的果實(shí)由花朵底部的“小房子”膨大而成。這種長(zhǎng)在花器官下方的子房被稱(chēng)為“下位子房”，而蘋(píng)果、梨等假果也是由同樣的結(jié)構(gòu)發(fā)育而來(lái)。但長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)界對(duì)下位子房的形成機(jī)制知之甚少。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究黃瓜發(fā)現(xiàn)，下位子房的形成與花托的異常膨大密切相關(guān)。為了揭開(kāi)這個(gè)過(guò)程的基因調(diào)控機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)使用了華大基因的“時(shí)空相機(jī)”Stereo-seq技術(shù)?！斑@項(xiàng)技術(shù)就像給植物發(fā)育過(guò)程拍電影，記錄下每個(gè)細(xì)胞在何時(shí)何地表達(dá)哪些基因。通過(guò)分析52個(gè)不同發(fā)育階段的樣本，我們團(tuán)隊(duì)繪制了黃瓜花芽的‘細(xì)胞譜系圖’，發(fā)現(xiàn)花托的快速生長(zhǎng)源于一種特殊的分生組織活性?！睏顚W(xué)勇說(shuō)。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還找到了控制這一過(guò)程的“主開(kāi)關(guān)”——KNAT2-like1基因?！斑@個(gè)基因就像汽車(chē)的油門(mén)，不僅啟動(dòng)花托的早期發(fā)育，還持續(xù)推動(dòng)細(xì)胞分裂。當(dāng)關(guān)閉這個(gè)基因時(shí)，黃瓜花托停止生長(zhǎng)，雌花變成了類(lèi)似番茄的兩性花，子房也回到了上位狀態(tài)?！睏顚W(xué)勇說(shuō)。
“本次研究首次從基因?qū)用娼忉屃讼挛蛔臃康男纬蓹C(jī)制，這對(duì)葫蘆科作物育種具有重要意義。”楊學(xué)勇表示，未來(lái)有望通過(guò)分子設(shè)計(jì)育種，培育出產(chǎn)量更高、抗逆性更強(qiáng)的新品種，讓老百姓的菜籃子更豐富。
（受訪者供圖）
