蔬菜花卉所葫蘆科蔬菜遺傳育種創新團隊揭示CsSGR自然變異調控黃瓜耐冷的分子機制

      近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所葫蘆科蔬菜遺傳育種創新團隊在黃瓜耐冷分子機制研究上取得重要進展。該研究揭示了CsSGR調控黃瓜冷脅迫的分子機制，鑒定了CsSGR編碼區SNP323是影響CsSGR蛋白作用及黃瓜耐冷性的重要功能位點，發現耐冷單倍型CsSGR^HapG參與黃瓜對高緯度寒冷地區的適應性。相關研究結果以 “Natural variation in STAYGREEN contributes to low temperature tolerance in cucumber”為題發表于國際著名植物學期刊Journal of Integrative Plant Biology上（IF=11.4）。

      黃瓜是世界上重要的經濟蔬菜作物，冷脅迫是制約黃瓜早熟豐產的重要環境因子。研究黃瓜耐冷的分子機制，挖掘優良等位變異，選育耐冷的優異種質成為育種亟待解決的問題。然而，長期以來黃瓜耐冷的基因挖掘及分子調控機制等研究匱乏，嚴重限制了耐冷分子育種進程。

圖1. CsSGR的功能驗證

圖2. CsSGR自然變異提高黃瓜耐冷性

圖3. CsSGR 介導的黃瓜冷脅迫響應通路

      該研究對173份黃瓜核心種質進行耐冷性評價，通過GWAS分析，發現CsSGR外顯子上一個SNP變異與耐冷顯著關聯，該基因編碼一個衰老誘導的葉綠體滯綠蛋白。單倍型分析發現攜帶CsSGR^HapA等位基因的155份材料的冷害指數顯著高于攜帶CsSGR^HapG等位基因的材料，且所有攜帶CsSGR^HapG等位基因的材料均表現為耐冷。CsSGR基因編輯株系的耐冷能力顯著提高，且含有更高的葉綠素含量和降低的ROS水平，表明CsSGR是黃瓜耐冷的負調控因子。通過Dual-LUC和EMSA等實驗證明CsCBF1轉錄因子可以結合CsSGR的啟動子并直接激活其表達。進一步對SNP變異進行分析，發現該位點自然變異影響CsSGR與CsNYC1的結合，從而影響葉綠素的降解。在耐冷單倍型CsSGR^HapG中，CsSGR與CsNYC1的結合能力減弱，葉綠素含量提高，ROS水平降低。單倍型的地理分布表明CsSGR^HapG只存在于歐洲和北美洲種質中，表明其可能與高緯度寒冷地區的適應性相關，對黃瓜在寒冷地區栽培中發揮重要作用。該研究結果為闡明黃瓜響應冷脅迫分子機制提供了重要理論依據，也可為耐冷品種培育提供基因資源。

      該研究以中國農業科學院蔬菜花卉研究所為第一和通訊作者單位。張圣平研究員、苗晗副研究員和作物科學研究所孫加強研究員為共同通訊作者。董邵云副研究員、李彩霞博士研究生、田豪杰已畢業碩士為論文共同第一作者。該研究受到國家自然科學基金、現代農業產業技術體系、中國農業科學院創新工程等項目資助。

原文鏈接： https://doi.org/10.1111/jipb.13571