JIPB中國農大張小蘭課題組在黃瓜葉片大小單株產量調控機制上取得新進展

　　在自然界中，植物葉片的形態、大小和顏色多種多樣，是構成繽紛多彩世界的重要組成部分，也是植物分類的可靠特征。葉片是植物進行光合作用、蒸騰作用和呼吸作用的主要器官，葉片的大小和形態與農作物的最終產量密切相關。黃瓜典型的葉片為掌狀，是黃瓜株型的重要組成部分，其大小影響著黃瓜的種植密度和產量等，但目前關于黃瓜葉片大小調控機制的研究還非常有限。之前的研究表明，R2R3-MYB轉錄因子RAX/Blind在調控腋芽起始方面具有保守的功能，但其同源基因在黃瓜發育中的功能還未見報道。

　　近日，中國農業大學張小蘭教授團隊在JIPB在線發表了題為“CsRAXs negatively regulate leaf size and fruiting ability through auxin glycosylation in cucumber”的研究論文(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13655)，揭示了R2R3-MYB轉錄因子CsRAXs通過生長素途徑調控黃瓜葉片大小并影響黃瓜坐果能力的分子機制。

　　利用CRISPR/Cas9基因編輯技術獲得了黃瓜CsRAX1、CsRAX2和CsRAX5的單突變體，發現與其擬南芥RAX和番茄Blind等同源基因的突變體表型不同，CsRAX單突變體并沒有表現出腋芽起始缺陷的表型，但Csrax5葉片顯著增大。通過雜交和CRISPR/Cas9技術構建了雙突變體Csrax1 Csrax2 (Csrax1/2) 和三突變體Csrax1 Csrax2 Csrax5 (Csrax1/2/5)，發現Csrax1/2株系沒有腋芽起始或葉片大小方面的表型，而Csrax1/2/5的葉片比Csrax5進一步增大，同時莖粗也增加。將CsRAX1和CsRAX5分別在黃瓜中進行過量表達，發現CsRAX1和CsRAX5過表達株系的葉片和莖粗均顯著變小，其中CsRAX5過表達株系的葉片變小最為明顯，這些結果表明CsRAXs是黃瓜葉片大小的負調控因子，且CsRAX5在此過程發揮主要作用。此外還對各株系的坐果能力進行了分析，發現三突變體Csrax1/2/5的坐果能力顯著增強，但未影響果長；而CsRAX5過表達株系的坐果能力顯著降低，且CsRAX1和CsRAX5過表達株系的果長也顯著變短，表明CsRAXs負調控黃瓜單株產量。細胞和激素水平分析顯示三突變體Csrax1/2/5葉片中的生長素水平升高，葉表皮細胞的數量增加，而CsRAX5過表達株系則相反。此外，編碼生長素葡糖基轉移酶的基因CsUGT74E2在Csrax1/2/5中下調，生化實驗表明CsRAX1和CsRAX5可以直接結合并促進CsUGT74E2 的表達。

　　綜上所述，作者提出了CsRAXs通過CsUGT74E2介導的生長素糖基化調節葉片中游離生長素的含量來調控葉片大小和莖粗，進而影響黃瓜單株產量的模型 (圖1) ，該成果為通過分子育種技術培育高產的黃瓜新品種提供了基因位點。

圖1. CsRAXs調控黃瓜葉片大小的模式圖

　　中國農業大學園藝學院博士研究生陳家才為論文第一作者，張小蘭教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金和拼多多-中國農業大學研究基金等項目的資助。

　　文章引用：

　　Chen, J., Liu, L., Chen, G., Wang, S., Liu, Y., Zhang, Z., Li, H., Wang, L., Zhou, Z., Zhao, J., et al. (2024). CsRAXs negatively regulate leaf size and fruiting ability through auxin glycosylation in cucumber. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13655