黄瓜“神奇”卷须 背后的秘密

李晨

很多人都吃过黄瓜，可能还见过生长中的黄瓜和它的茎蔓。那么，你注意过黄瓜的卷须吗？你知不知道为了促进黄瓜健康生长，卷须常常会被农民去掉？你会不会好奇黄瓜长卷须的原因和它背后的植物生长密码？

达尔文的卷须之问

在设施生产上，黄瓜栽培需要吊蔓生长，不需要黄瓜卷须的攀缘能力。同时，卷须作为营养器官争夺了大量生殖器官即黄瓜生长所需的养分。中国农业科学院研究员黄三文表示，在生产上需要及时去除卷须，以促进黄瓜的健康生长、保证产量。而人工去除卷须费时费工。因此，培育适合轻简化栽培的无卷须品种，将成为黄瓜株型改良的一个重要方向。

2010年，黄三文团队开始从基因组学中寻找这一实际生产问题的答案，结果却意外地解答了一百多年前困扰达尔文的一个基础生物学问题。

1875年，达尔文在《攀缘植物的运动和习性》一书中发问：葫芦科植物卷须的同源器官是什么？

科学家发现豌豆（豆科）卷须的同源器官是叶，葡萄（葡萄科）卷须的同源器官是花序，而同样的方法却不能证明葫芦科代表植物黄瓜卷须的同源器官是什么。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员杨学勇称，通过鉴定世界范围内的3342份黄瓜种质，团队从中发现了唯一的西双版纳无卷须黄瓜。在它的叶腋处，本来应该生长卷须的位置，长出的是变态侧枝，替代了正常卷须，其侧枝的末端还保留了卷曲的特征。研究人员克隆了控制卷须的身份基因TEN，其编码是一个CYC/TB1类转录因子，这类转录因子是植物株型调控的核心。

该研究成功回答了达尔文的葫芦科卷须之问，即黄瓜卷须的同源器官是侧枝。

全新的多功能转录因子

“于是，我们就想知道TEN是如何调控黄瓜卷须形成的。”黄三文说，沿着这条路走下去，他们发现了黄瓜卷须另外两个神奇之处。

转录因子是一类蛋白质分子，承担着启动基因组中特定基因表达的功能。科学家已经了解转录因子结合在基因的近端启动子或远端增强子上调控转录的机制。

“但最近的研究发现，CYC/TB1类的转录因子能够结合到某些基因的内部，从而激活下游靶标。”中国科学院上海植物逆境生物学研究中心研究员朱健康说。

杨学勇说，通过基因组学、转录组学、生物化学等综合分析，他们鉴定出TEN在黄瓜全基因组中的1700余个转录因子结合位点，并发现这些结合位点主要位于基因内部。

研究人员鉴定出TEN通过C端结合在基因内部的474个直接靶标基因，主要参与腋芽发育和乙烯合成信号等生物学过程。这些基因内部的调控位点是一类新型的基因內部增强子。

通过分析，黄三文团队证明，TEN编码的转录因子的N端结构域是一类全新的组蛋白乙酰转移酶，主要乙酰化修饰组蛋白球体区域的H3，维持染色质开放，从而激活靶标基因表达。

“这项研究通过黄瓜卷须这个特殊的‘透镜，为解答结合到基因内部的转录因子如何调控基因表达这一基础科学问题提出了新的见解，是发育生物学和基因表达调控领域的一个重要突破。”朱健康评价说。

黄三文认为，TEN转录因子的上述特殊功能，可能让其工作效率更高。黄三文团队计划利用黄瓜为实验体系，破解植物次生代谢基因簇精确调控、性别决定、卷须形成等基础生物学问题。同时，他们还要尝试回答最初的问题。“希望利用这项研究成果，培育出没有卷须、产量更高、栽培更轻简化的黄瓜新品种。”黄三文说。（据《中国科学报》）