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基因组所和蔬菜所联合研究成果获中国农科院2021年度青年科技创新奖

2022-01-24 10:45:00来源:

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2022年1月10日,中国农业科学院公布了2021年度科学技术成果奖评选结果,基因组所和中国农业科学院蔬菜花卉研究所联合开展的“黄瓜重要产量性状形成的遗传基础和分子机制”项目入选青年科技创新奖。

黄瓜是葫芦科的模式物种,培育适合轻简化栽培的高产优质品种是当前育种的主要目标之一,其中果型和株型改良是关键。本项目针对产业需求,基于黄瓜果型和株型发育的重要科学问题,从基因组学入手,整合遗传学、发育生物学与分子生物学等方法,系统研究并揭示了黄瓜果实伸长发育的生理和细胞学基础及分子遗传调控机制,阐明了黄瓜卷须发育等重要株型性状形成的分子机制,取得了一系列原创性的成果,为培育设施轻简化栽培的高产优质品种提供了理论基础。

该项目团队系统研究了不同类群黄瓜果实伸长发育过程中细胞分裂和细胞膨大的规律,揭示了细胞分裂是决定黄瓜果长变异的主要影响因素。研究发现黄瓜果实发育早期的胎座框细胞是果实细胞持续分裂的分生组织细胞。对已知最古老基因组的瓜类作物—冬瓜的研究,发现了相似的生理和细胞学机制,揭示瓜类作物果实发育的普遍规律。基于对细胞分裂和膨大表型的精确定义,结合黄瓜和冬瓜核心种质资源群体进行的全基因组关联分析,鉴定出了影响果长的QTL位点和关键候选基因。研究成果为进一步分析黄瓜等瓜类作物果长发育的遗传机制奠定了坚实的基础。

项目组通过突变分析和多组学研究,解析了果实分生组织细胞中特异表达的组蛋白去乙酰化酶复合体通过协同调控多种植物激素,控制黄瓜果实细胞分裂,进而决定果实伸长的表观调控机制。进一步揭示了其中的气体激素乙烯调控果实细胞分裂的遗传机理和分子机制。研究发现乙烯对黄瓜果实的伸长发育的调控是剂量依赖的,过多或过少的乙烯都会抑制细胞分裂,而合适剂量的乙烯则促进果实细胞分裂。研究成果为精准设计黄瓜果长提供了理论基础和方法依据。

项目组在全世界范围内的3342份黄瓜种质中发现了唯一一份无卷须的种质,揭示了葫芦科卷须的同源器官是侧枝;成功克隆了卷须身份基因TEN,编码一个CYC/TB1类转录因子。通过基因编辑技术创造了无卷须黄瓜新种质,进一步揭示了TEN这一类转录因子结合基因内部增强子打开染色质,激活基因表达,调控株型发育的保守新机制。开花时期决定了黄瓜的适应性分布和收获期,影响单位时间内产量。项目组研究揭示了在黄瓜从低纬度向高纬度地区散播的过程中,黄瓜成花素基因CsFT上游发生的大片段丢失受到选择,提高了FT基因的表达水平,促进开花提前。研究成果对深入了解花和卷须等腋生器官的发育并应用于株型改良具有重要的意义。


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本项目共在包括The Plant Cell、Molecular Plant、Plant Physiology、Nature Genetics、Nature Communications等国际知名刊物上发表了10篇重要论文。所发表论文累计引用次数达411次,其中SCI他引336次,研究成果获得国际同行专家的高度评价。

该项目主要由蔬菜所杨学勇研究员、蔬菜所蒋卫杰研究员、蔬菜所博士王深浩(现为西北农林科技大学副教授)、基因组所博士林涛(现为中国农业大学教授)、蔬菜所博士张震(现为河南大学副教授)、蔬菜所博士辛同旭、基因组所博士王博文、蔬菜所博士许愿超、蔬菜所王燕副研究员完成,基因组所黄三文研究员为该项目的指导专家。项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、农科院创新工程等项目的资助。


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