北京市农林科学院蔬菜中心许勇团队揭示脱落酸调控西瓜种子大小的分子机制

西瓜[Citrulluslanatus（Thunb.）Matsum&Nakai]是世界十大水果之一。西瓜种子大小是重要的农艺性状，对于以种子作为食用目标的籽用西瓜品种来说，种子可以给人们提供丰富的营养物质，比如油类和蛋白质等，因此，籽用西瓜品种的种子越大越好；然而对于以果实作为产量器官的鲜食西瓜品种来说，为了提升食用愉悦感，无籽或者种子越小越好。因此，种子大小是西瓜育种中的一个重要目标性状。然而西瓜种子大小调控的分子机制目前并不清楚。近日，HorticultureResearch在线发表了蔬菜研究中心西瓜课题组题为CRISPR/Cas9-mediatedmutagenesisofClBG1decreasedseedsizeforbidpromotedseedgerminationinwatermelon的研究论文。该研究揭示了脱落酸（ABA）含量调控路径中的关键基因---葡萄糖苷酶基因（ClBG1）调控西瓜种子大小的分子机制，为解析西瓜种子大小的调控网络奠定了分子基础。该研究利用CRISPR/Cas9技术敲除了西瓜中ABA含量调控关键基因ClBG1，敲除突变体中ABA含量显著下降，种子长、宽和千粒重显著降低。进一步细胞学观察发现，与野生型西瓜相比，Clbg1敲除突变体种子细胞数目显著降低。对野生和Clbg1敲除突变体种子发育早期的转录组数据对比分析显示，授粉后10天和18天的Clbg1敲除突变体种子中，分别有1200和1614个差异表达基因。GO富集分析显示，microtubule-basedprocess，cytoskeletalproteinbinding，microtubulebinding，tubulinbinding和cellcycleprocess是前5名显著富集的GO路径，这表明细胞骨架和细胞循环相关的基因可能参与了西瓜种子大小的调控。同时，参与种子大小调控的相关信号路径中的同源基因表达也发生了变化。此外，由于Clbg1敲除突变体中ABA的含量下降，种子萌发势增加，萌发提前。综上所述，ClBG1通过影响ABA含量，进而影响细胞骨架、细胞循环和种子大小调控相关路径中基因的表达，最终调控了西瓜种子的大小。研究结果将为培育优质西瓜新品种提供理论依据。王艳萍博士后（现工作于蔬菜研究中心）和王晋芳博士后为该论文的共同第一作者，许勇研究员为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、院协同创新项目、国家现代农业产业技术体系等项目的资助。