近日，北京市農(nóng)林科學院在Nature Communications期刊發(fā)表題為“Ethylene promotes branch formation but inhibits tendril development in cucumber”的研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)，乙烯信號組分CsEIN2和CsEIN3/CsEIL1能夠以劑量依賴的方式調(diào)控CsCYP707A4和CsTL基因表達，從而實現(xiàn)乙烯促進黃瓜分枝同時抑制卷須發(fā)育的作用。北京市農(nóng)林科學院蔬菜研究所溫常龍研究員為通訊作者，張曉飛助理研究員和科研助理朱彤為該論文第一作者。

乙烯如何調(diào)控營養(yǎng)生長，尤其是對分枝和卷須發(fā)育的調(diào)控及其內(nèi)在機制，長期以來缺乏系統(tǒng)認識，這在一定程度上限制了乙烯在理想株型育種中的應(yīng)用潛力。為此，研究團隊利用乙烯信號核心組分的基因編輯突變體Csein2、Csein3、Cseil1和雙突變體Csein3/Cseil1結(jié)合外源乙烯處理前后的表型分析，明確了乙烯信號差異性調(diào)控黃瓜分枝與卷須發(fā)育。

圖1 乙烯差異性調(diào)控黃瓜分枝與卷須的發(fā)育

研究團隊進一步利用乙烯信號突變體結(jié)合乙烯處理的轉(zhuǎn)錄組和代謝組學分析，發(fā)現(xiàn)增強乙烯信號顯著降低葉腋處脫落酸和生長素，同時上調(diào)控制分枝發(fā)育的關(guān)鍵基因CsCYP707A4的表達并下調(diào)控制卷須發(fā)育關(guān)鍵基因CsTL的表達；與之對應(yīng)，減弱或失去乙烯信號則呈現(xiàn)相反的變化趨勢。此外該研究進一步證明乙烯信號核心轉(zhuǎn)錄因子CsEIN3對CsCYP707A4和CsTL具有相反的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用?；谶@些證據(jù)，該研究提出了黃瓜乙烯信號核心組分CsEIN2和CsEIN3/CsEIL1以劑量依賴的方式調(diào)控分枝卷須的分子機制。

圖2 乙烯以劑量依賴的方式調(diào)控黃瓜分枝與卷須發(fā)育的分子模型

研究團隊針對黃瓜不同栽培模式的需求，提出了利用乙烯信號塑造黃瓜理想株型的模型：通過增強乙烯信號可培育株型緊湊且分枝多的品種，以適應(yīng)都市農(nóng)業(yè)；通過減弱葉腋處乙烯信號則可創(chuàng)制分枝少甚至無分枝的品種，適用于田間或溫室高密度種植。

圖3 利用乙烯信號創(chuàng)制適用于不同黃瓜栽培模式的理想株型