近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張圣平團(tuán)隊在國際著名期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF5 year = 12.1）在線發(fā)表題為An intronic SNP in the Carotenoid Cleavage Dioxygenase 1 （CsCCD1） controls yellow flesh formation in cucumber fruit （Cucumis sativus L.）的文章，揭示了黃瓜類胡蘿卜素裂解雙加氧酶編碼基因（CsCCD1）內(nèi)含子變異調(diào)控果實類胡蘿卜素含量的新機(jī)制，并創(chuàng)制了高類胡蘿卜素含量的栽培黃瓜新種質(zhì)。
黃瓜（Cucumis sativus L.）是全球重要的蔬菜作物之一，也是我國產(chǎn)量最大、經(jīng)濟(jì)效益很高的設(shè)施蔬菜，在重要農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)保供和鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著舉足輕重的作用。維生素A是維持人體正常新陳代謝和生理功能所必需的維生素，且必須通過膳食攝取。維生素A缺乏可能導(dǎo)致夜盲癥、干眼癥以及免疫功能下降等一系列健康問題。類胡蘿卜素作為維生素A的重要前體物質(zhì)，不僅能在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為維生素A，還具有抗氧化、維持視覺健康、調(diào)節(jié)免疫等多種生理功能。因此，培育高類胡蘿卜素含量的黃瓜新品種對于改善人類膳食營養(yǎng)、促進(jìn)健康具有重要意義。
本研究圖位克隆了調(diào)控黃瓜黃色果肉形成的關(guān)鍵基因CsCCD1，該基因編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶，是一個類胡蘿卜素降解酶。通過對該基因序列和功能分析，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)含子區(qū)域存在一個單核苷酸多態(tài)性（SNP，A-G），這一突變導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄本剪接異常，進(jìn)而使蛋白關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域喪失、酶活性顯著降低，最終引起果實中類胡蘿卜素的大量積累，使果肉呈現(xiàn)黃色。西雙版納黃瓜作為中國云南省特有的半野生栽培品種，其果肉富含β-胡蘿卜素，呈現(xiàn)明顯的黃/橙色表型。通過在黃肉西雙版納黃瓜中瞬時過表達(dá)CsCCD1，成功恢復(fù)了白色果肉表型，這一結(jié)果進(jìn)一步證實了CsCCD1在栽培和半野生黃瓜果肉顏色調(diào)控中的關(guān)鍵作用。此外，我們利用CRISPR/Cas9技術(shù)創(chuàng)制了高類胡蘿卜素含量的黃瓜新種質(zhì)，使栽培黃瓜果實中的類胡蘿卜素含量顯著提高6-7倍。綜上，本研究揭示了CsCCD1內(nèi)含子SNP變異在調(diào)控栽培和半野生黃瓜果實類胡蘿卜素含量中的新機(jī)制，并創(chuàng)制了高類胡蘿卜素含量的栽培黃瓜新種質(zhì)，為選育高類胡蘿卜素黃瓜新品種提供了基因資源。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所、蔬菜生物育種全國重點實驗室的戴卓男博士、官健濤副研究員、苗晗研究員為該論文的共同第一作者；張圣平研究員、董邵云副研究員為該論文的共同通訊作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所為通訊單位。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項目以及國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70034
