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蔬菜花卉所葫芦科蔬菜遗传育种创新团队揭示CsSGR自然变异调控黄瓜耐冷的分子机制

      近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所葫芦科蔬菜遗传育种创新团队在黄瓜耐冷分子机制研究上取得重要进展。该研究揭示了CsSGR调控黄瓜冷胁迫的分子机制,鉴定了CsSGR编码区SNP323是影响CsSGR蛋白作用及黄瓜耐冷性的重要功能位点,发现耐冷单倍型CsSGRHapG参与黄瓜对高纬度寒冷地区的适应性。相关研究结果以 “Natural variation in STAYGREEN contributes to low temperature tolerance in cucumber”为题发表于国际著名植物学期刊Journal of Integrative Plant Biology上(IF=11.4)。

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      黄瓜是世界上重要的经济蔬菜作物,冷胁迫是制约黄瓜早熟丰产的重要环境因子。研究黄瓜耐冷的分子机制,挖掘优良等位变异,选育耐冷的优异种质成为育种亟待解决的问题。然而,长期以来黄瓜耐冷的基因挖掘及分子调控机制等研究匮乏,严重限制了耐冷分子育种进程。

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图1. CsSGR的功能验证

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图2. CsSGR自然变异提高黄瓜耐冷性

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图3. CsSGR 介导的黄瓜冷胁迫响应通路


      该研究对173份黄瓜核心种质进行耐冷性评价,通过GWAS分析,发现CsSGR外显子上一个SNP变异与耐冷显著关联,该基因编码一个衰老诱导的叶绿体滞绿蛋白。单倍型分析发现携带CsSGRHapA等位基因的155份材料的冷害指数显著高于携带CsSGRHapG等位基因的材料,且所有携带CsSGRHapG等位基因的材料均表现为耐冷。CsSGR基因编辑株系的耐冷能力显著提高,且含有更高的叶绿素含量和降低的ROS水平,表明CsSGR是黄瓜耐冷的负调控因子。通过Dual-LUC和EMSA等实验证明CsCBF1转录因子可以结合CsSGR的启动子并直接激活其表达。进一步对SNP变异进行分析,发现该位点自然变异影响CsSGR与CsNYC1的结合,从而影响叶绿素的降解。在耐冷单倍型CsSGRHapG中,CsSGR与CsNYC1的结合能力减弱,叶绿素含量提高,ROS水平降低。单倍型的地理分布表明CsSGRHapG只存在于欧洲和北美洲种质中,表明其可能与高纬度寒冷地区的适应性相关,对黄瓜在寒冷地区栽培中发挥重要作用。该研究结果为阐明黄瓜响应冷胁迫分子机制提供了重要理论依据,也可为耐冷品种培育提供基因资源

      该研究以中国农业科学院蔬菜花卉研究所为第一和通讯作者单位。张圣平研究员、苗晗副研究员和作物科学研究所孙加强研究员为共同通讯作者。董邵云副研究员、李彩霞博士研究生、田豪杰已毕业硕士为论文共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金、现代农业产业技术体系、中国农业科学院创新工程等项目资助。

原文链接: https://doi.org/10.1111/jipb.13571


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