黄瓜花打顶基因鉴定取得重要进展

2019 年7 月，中国农业大学园艺学院张小兰课题组，美国威斯康辛大学翁益群课题组与北京市农林科学院蔬菜研究中心温常龙课题组在《Development》杂志在线发表题为“CsTFL1 inhibits determinate growth and terminal f lower formation through interaction with CsNOT2a in cucumber （Cucumis sativus L.）”的研究论文（DOI：10.1242/dev.180166）。该研究利用一个黄瓜有限生长的突变体材料，通过图位克隆精确定位到了控制黄瓜有限生长的关键基因CsTFL1（terminal f lower 1），该基因发生突变后可导致黄瓜有限生长，呈现出“花打顶”现象，因此CsTFL1 基因被称为花打顶基因。

我国是黄瓜生产第一大国，年种植面积超过126.7 万hm2（1 900 万亩），产量达6 700 万t，但平均单产不足荷兰等发达国家的1/4。其中花打顶是严重限制冬春季黄瓜生产的重要因子，平均导致减产30%，严重时绝产。因而挖掘黄瓜花打顶基因，研究花打顶形成分子机理具有重要的生产实践意义。联合课题组率先图位克隆了控制黄瓜产生花打顶的重要基因CsTFL1，发现该基因一个单碱基突变所导致的编码氨基酸改变是引起花打顶的关键。利用黄瓜遗传转化体系，通过RNAi 干扰CsTFL1 基因表达亦可导致花打顶表型，而且CsTFL1 可以互补模式植物拟南芥花打顶突变体tf l1 的表型，多方面证明了CsTFL1 抑制开花和诱导产生花打顶的功能。

TFL1 基因在模式植物中普遍被证实为开花抑制基因，研究表明其可通过蛋白互作与开花基因FT 拮抗竞争同一开花转录因子FD 来行使其抑制开花的功能。但是联合课题组研究发现黄瓜CsTFL1 基因与其在拟南芥、水稻的同源基因TFL1 分子作用机制不同，不能与黄瓜中的开花转录因子CsFD 蛋白直接互作而抑制开花基因表达（拟南芥模式），也不能通过14-3-3 蛋白连接与FD 蛋白互作（水稻模式）。然而黄瓜中的开花基因CsFT 可直接与开花转录因子CsFD 蛋白互作， 且CsFD 可与14-3-3 蛋白互作。

进而，联合课题组利用cDNA 文库鉴定了一个可与黄瓜CsTFL1 互作的关键蛋白CsNOT2a。进一步研究发现该基因可连接CsTFL1 与一个FDP（FD PARALOG）蛋白互作，该FDP蛋白与FD 蛋白同属bZIP 转录因子家族，具有调控下游开花基因的功能。因而，联合课题组绘制了黄瓜中的开花激活复合体（CsFT-CsFD-Cs1433）与开花抑制复合体模型（CsTFL1-CsNOT2a-CsFDP），并推断该两类复合体通过竞争调控下游开花基因CsAP1 与CsLFY 等来调控黄瓜花打顶的形成与否。该研究结论可为利用遗传改良方式创制抗花打顶的黄瓜新品种奠定重要基础，亦可为其他瓜类作物花打顶防治研究提供重要参考，为研究TFL1 的分子机制提供新的思路。