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一根脆嫩爽口的黄瓜,背后藏着植物界一场特殊的“性别抉择”。菜市场里琳琅满目的黄瓜,都是雌花孕育的成果。黄瓜是雌雄异花作物,雄花只负责传粉,开花后便脱落,所以雌花数量直接决定产量。这也让“如何让黄瓜多开雌花”成为农业关键命题。

AI绘制仅供参考
早在19世纪50年代,科学家发现喷施生长素能增加黄瓜雌花,但背后机理困扰学界近70年。近日,中国农业大学教授张小兰团队在《科学》发表成果,终于揭开谜底,关键基因CsARF3是生长素促雌 “开关”。这个看似普通的基因,能在激素信号与花器官发育之间搭建起关键桥梁。
故事的开端充满偶然性。团队原本是想研究CsARF3基因对黄瓜果实形状的影响,可当研究团队对该基因进行编辑后,意外的一幕发生了。编辑后的黄瓜植株只开雄花,一朵雌花也没有。反之,当让CsARF3基因过度表达时,黄瓜藤上的雌花便会扎堆出现,挂满果实雏形。更关键的是,即使给基因编辑后的植株喷施生长素,也无法让它重新长出雌花。这意味着,CsARF3是生长素调控雌花发育的“必经之路”,少了它,促雌信号再强也无济于事。
CsARF3这一“开关”的工作原理十分精妙,它像个“执行官”,一边要“清除障碍”,直接压制会阻碍雌花发育的CsWIP1基因,解除对雌花的束缚;另一边还要“搭建通道”,激活负责花器官发育的CsSTM基因,指挥心皮原基顺利长成未来的果实结构。

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生长素与乙烯的协同作用,像是一场“接力赛”。花发育早期,乙烯率先起跑,激活CsARF3基因;随后生长素接过接力棒,通过CsARF3进一步促进心皮发育;同时,生长素还会刺激更多乙烯产生,联手抑制雄蕊的生长。最终让黄瓜的两性花精准分化为雌花,确保结果潜力。

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这项研究的突破,不仅解答了基础科学问题,更为农业生产带来了革命性的启发。过去,农民靠喷施生长素增加雌花,效果不稳定还可能损伤植株;如今有了CsARF3这个明确的“分子靶点”,通过基因编辑技术,就能精准调控黄瓜性别:想要高产,就增强其表达,让雌花占据“主导地位”;想要杂交制种,就抑制其功能,培育纯雄系材料。

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据悉,中国农业大学为该论文第一通讯单位,中国农大园艺学院博士生韩立杰为论文第一作者(现为在站博士后),教授张小兰和副教授周朝阳为共同通讯作者,西北农林科技大学教授李征,副教授沈俊俊参与了该研究工作。该工作得到了国家自然科学基金委,山东省重点研发计划及中国农业大学“2115人才培育发展支持计划”等项目资助。
科学性审核:张小兰 中国农业大学教授
记者:武玥彤
AIGC训练:徐嘉懿(实习)
AI绘制仅供参考
(论文原文:https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv2006)
