点赞！张忠华教授研究成果在《The Plant Cell》发布！

近日，青岛农业大学园艺学院院长张忠华教授与中国农业科学院蔬菜花卉研究所孙进京副研究员进行合作，联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所，首次发现黄瓜中全雌基因（Female）是获得新功能的基因ACS1G，并深入研究了其作用机制，提出了黄瓜雌花和雄花多样性发育的分子模型。相关研究内容『Gain-of-function of the 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene ACS1G induces female flower development in cucumber gynoecy』于12月2日在线发表于《The Plant Cell》上。

报道情况

黄瓜是重要的蔬菜作物，可食用部分是由雌花发育形成的果实，雌花率是影响产量的关键性状。此外，雌花和雄花在不同黄瓜中的分布丰富多样，表现为全雄、全雌、雌雄同株等多种形式，一直是研究单性花发育调控机制的重要模式植物。因此，研究黄瓜雌花和雄花形成的分子机制具有重要的应用价值和科学意义。已有研究显示F、M、A三个基因是黄瓜雌花和雄花形成的关键基因，其中A和M基因相继被克隆，均是乙烯合成途径中的关键酶，分别编码 ACS11和 ACS2。F基因是黄瓜的显性全雌基因（Female），在生产中被广泛用于提高黄瓜产量，张忠华教授通过分析黄瓜基因组的结构变异，发现一段30.2 kb序列的串联重复导致了F基因的产生（Zhang et al. Plant Cell, 2015）,但串联重复序列中究竟哪个基因或元件导致全雌花产生仍然是一个疑问。 在前期工作的基础上，研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和EMS诱变相结合，首次证实了F基因是ACS1G基因，而不是重复序列中的 MYB 家族转录因子。由于基因组的结构变异，ACS1G获得了不同于雌雄同株材料中ACS1的启动子和新的表达模式，ACS1G在花芽发育早期与 ACO2基因的重叠表达，使ACS1G获得了决定雌花形成的功能。由于ACS1G 基因在早期花芽中的表达不像 ACS11一样具有选择性，所以所有花芽都发育成雌花，这也解释了F基因上位于隐性全雄基因（androecious）的原因。

雌雄同株黄瓜植株和

转基因（ACS1G）全雌花植株

黄瓜雌花和雄花发育分子模型

此项研究完整地解释了黄瓜单性花调控的FAM模型，并整合了近年来孙进京克隆的 ACO2和 WIP1等单性花调控基因，结合基因时空表达特异性和不同基因间的遗传关系，提出了一个完整的黄瓜单性花发育调控模型，丰富了葫芦科植物单性花调控的网络，对于培育高产瓜类作物也有重要指导意义。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士研究生、青岛农业大学园艺学院教师张慧敏，中国农业科学院蔬菜花卉研究所博士研究生李帅，深圳农业基因组所博士后、华中农业大学教师杨丽，深圳基因组所研究人员蔡广华为论文第一作者。中国农业科学院蔬菜花卉研究所副研究员孙进京和青岛农业大学园艺学院张忠华教授为共同通讯作者，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员对该项目进行总体把关和指导。湖南省蔬菜研究所陈惠明研究员、北京大学白书农教授、西北农林科技大学李征教授、上海交通大学蔡润教授、加州大学戴维斯分校William Lucas教授等也参与了该项目的完成。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、农科院创新工程、深圳市孔雀团队、山东省泰山学者等项目的资助。

扛牢“农业大省”责任、打造“乡村振兴齐鲁样板”，是习近平总书记交付山东的重要任务，是山东服务国家战略、实现高质量发展的第一要务。青岛农业大学所处的山东半岛是我国粮食、果蔬、花茶、海产品传统优势主产区，是“京沪菜篮子”所在地，有近千平方公里黄河滩区，安全保供、优质保供和高质量发展任务重大。

近年来，学校围绕国家、省市重大战略需求进行学科布局，其中，作为学校传统优势学科、对有“烟台苹果莱阳梨”“全国蔬菜看寿光”美誉的果蔬产业主产、优势区实现长达30年科技支撑的园艺学科，发展势头强劲，形成了鲜明特色，在瓜类作物功能基因挖掘及其育种应用方面走在世界前列，在高效育种技术创新、绿色生产防控、品质安全与质量控制方面特色鲜明。该学科以满足人民对美好生活的向往为己任，着力保障“菜篮子”供给安全，提升园艺产业规模化、集约化、标准化水平，不断加大对农业产业的科技和人才支撑力度，满足人民对美好生活的需求。

该学科带头人、园艺学院院长张忠华教授已在《Nature》《Science》《Nature Genetics》等期刊发表多篇高水平论文，获中国青年科技奖。

2019年11月2日，张忠华教授作为论文共同第一作者参与的科研成果在《Nature Genetics》发表。该研究对目前世界上数量最大、涵盖类型最全的1184份甜瓜种质资源（近缘种、野生种及栽培种）进行5倍左右的深度全基因组重测序，获得了约4.3Tb的数据，共发掘了甜瓜全基因组范围内560余万个SNPs标记和95万个indel（5bp以内）标记，成功构建了世界上第一个甜瓜全基因组变异图谱。

报道情况

据张忠华教授介绍，该研究成果是我国在甜瓜基因组学和群体遗传学研究领域取得的重大进展，为深化葫芦科进化研究提供了重要依据，为甜瓜重要性状定向育种提供了较为精准的标记和基因资源。

甜瓜的驯化和多样性

《Nature Genetics》期刊高度重视此成果和同时发表的西瓜基因组研究成果，同期配发了德国莱布尼兹植物遗传研究所Martin Mascher教授等人撰写的以“甜瓜和西瓜的甜蜜基因”为题的专评和以“甜蜜测序”为题的社论。专评指出，两项研究利用群体基因组和数量遗传工具，揭示了驯化如何改变西甜瓜的果实品质。社论认为，基因组学正在加速我们对自己喜爱食物（包括西甜瓜）的起源、进化和生物学的理解，指出农业基因组学旨在提高人类赖以生存的农作物的产量和品质，将会带来“甜蜜”的回报。

甜瓜和西瓜的驯化历史

2019年11月14日，国际权威学术期刊《自然通讯（Nature Communications）》在线发表了冬瓜基因组和变异组研究成果，青岛农业大学园艺学院张忠华教授为论文通讯作者，负责整个项目的构思、设计和组织。

报道情况

研究阐明了黄瓜、甜瓜、西瓜、葫芦、冬瓜和南瓜等瓜类作物的基因组演化历史，揭示了冬瓜等果实在驯化和育种改良过程中由小变大的分子机制。该研究不仅为葫芦科进化和物种形成提供了新见解，而且为冬瓜等瓜类作物分子生物学研究和全基因组设计育种奠定了基础，具有重要的科学和应用价值。

冬瓜分化和驯化历史

瓜类作物基因组演化

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来源：青岛农业大学新闻网

编辑：郭淑慧

责任编辑：刘琨姜妍

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