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近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院眭曉蕾課題組在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)黃瓜半胱氨酸蛋白酶抑制劑相關(guān)蛋白CsDFB1，可以調(diào)節(jié)花分生組織中生長(zhǎng)素生物合成和極性運(yùn)輸關(guān)鍵基因的表達(dá)，從而調(diào)控黃瓜花器官和果實(shí)的發(fā)育。

果實(shí)是黃瓜的主要經(jīng)濟(jì)庫(kù)器官，花器官（果實(shí)）的正常生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)形成極為重要，其內(nèi)在調(diào)控機(jī)制一直是黃瓜等葫蘆科蔬菜作物研究的焦點(diǎn)內(nèi)容。植物生長(zhǎng)素在花器官起始和發(fā)育中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。但是，黃瓜花分生組織中生長(zhǎng)素生物合成和極性運(yùn)輸?shù)恼{(diào)控機(jī)制，之前尚無明確報(bào)道。

該課題組前期研究中，針對(duì)黃瓜果實(shí)發(fā)育早期韌皮部組織，通過激光捕獲顯微切割結(jié)合RNA-seq技術(shù)，獲得了一個(gè)未知功能基因Csa7G067350。利用反向遺傳學(xué)技術(shù)，沉默該基因?qū)е曼S瓜花瓣、心皮等花器官，及其果實(shí)中維管束數(shù)量顯著增加，并伴隨著莖尖生長(zhǎng)素的明顯積累；而過表達(dá)該基因植株莖尖生長(zhǎng)素積累減少，不僅降低花器官數(shù)量，維管分化發(fā)生紊亂，甚或出現(xiàn)器官融合現(xiàn)象而導(dǎo)致果實(shí)畸形。據(jù)此，將該基因命名為CsDFB1。

植物半胱氨酸蛋白酶抑制劑已被證明在防御反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。該課題組后續(xù)研究表明，CsDFB1基因編碼一個(gè)半胱氨酸蛋白酶抑制劑相關(guān)蛋白，但是CsDFB1蛋白可以與HD-ZIP III轉(zhuǎn)錄因子CsPHB（PHABULOSA）互作，調(diào)控CsPHB對(duì)生長(zhǎng)素生物合成關(guān)鍵基因CsYUC2 （YUCCA2）的轉(zhuǎn)錄激活，及其對(duì)生長(zhǎng)素外排載體基因CsPIN1 （PIN-FORMED1）的轉(zhuǎn)錄抑制，從而影響植株頂端分生組織生長(zhǎng)素分布和花器官發(fā)育。

該研究揭示了CsDFB1-CsPHB分子模塊通過調(diào)節(jié)黃瓜局部生長(zhǎng)素的分布，從而調(diào)控黃瓜的花器官發(fā)生和維管分化的作用機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為植物分生組織中生長(zhǎng)素分布調(diào)控植株生長(zhǎng)發(fā)育的相關(guān)機(jī)制提供新的認(rèn)知，也為黃瓜分子育種提供了新基因和新思路。（王方）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2023942118