蔬菜花卉所楊學勇團隊利用定向人工進化策略創造葫蘆科瓜類作物緊湊株型

      一個物種的種質資源群體內的遺傳變異缺乏、同質化嚴重，是目前主要農作物都面臨的遺傳基礎狹窄的問題。遺傳基礎狹窄是農作物改良難以取得突破性進展的全球問題。近期，中國農業科學院蔬菜花卉研究所蔬菜功能基因組團隊聯合國內多家合作單位，針對葫蘆科瓜類作物遺傳基礎狹窄難以獲得緊湊株型的問題，提出了一種定向的人工進化策略來創造葫蘆科瓜類作物的全新緊湊株型，大大提高了葫蘆科瓜類作物的生產效率，顯著節省了勞動力的投入。相關研究成果于2022年12月13日以Architecture design of cucurbit crops for enhanced productivity by a natural allele為題發表在Nature Plants上。

      黃瓜、甜瓜和西瓜等葫蘆科瓜類作物是世界上重要的經濟蔬菜/水果作物，這些作物的主莖和節間均較長，使得栽培群體的種植密度較低，管理上耗時費工，生產效率低下。具有顯性遺傳的特征，并且不影響座果和產量的緊湊株型已成為葫蘆科作物急需改良的一個重要方向。

      為了解決這一育種難題，研究團隊在2000多份南瓜種質中尋找到唯一一份由顯性單基因控制的中國南瓜矮化種質。圖位克隆和遺傳驗證揭示南瓜CmoYABBY1基因的5’UTR上一段76bp的缺失，通過增強CmoYABBY1的蛋白翻譯水平，使得南瓜主莖極度縮短。分析發現該76bp序列中存在一個在葫蘆科作物中保守的元件B-region，研究團隊利用基因編輯工具對黃瓜和西瓜中的B-region進行靶向刪除，創造出B-region各種不同的缺失形式，不同程度的增強了YABBY1的翻譯量，進而不同程度的縮短了黃瓜和西瓜的主莖長度，從而實現了莖長的精細調節。研究團隊根據不同瓜類作物的不同栽培模式，將基因編輯獲得的新等位基因植株進行精確配置，發現基因編輯的矮化植株可以顯著的提高單位面積產量或顯著降低勞動力成本。

      研究團隊認為YABBY1基因上B-region的各種不同缺失是優化葫蘆科瓜類作物主莖長度的有效策略，可以大幅度的提高葫蘆科作物的生產效率。Nature Plants同期還刊發了林鴻宣院士團隊撰寫的題為Compact plants enhance productivity的評論文章，對該項成果進行了介紹并給予了高度評價。

      該論文的第一完成單位和通訊單位為中國農科院蔬菜花卉研究所。第一作者為中國農業科學院蔬菜花卉研究所與西北農林科技大學聯合培養博士后王深浩（現為副教授）、中國農業科學院蔬菜花卉研究所在讀博士生王昆和西北農林科技大學園藝學院李征教授。通訊作者為蔬菜花卉研究所楊學勇研究員。中國熱帶農業科學院和中國農業科學院深圳農業基因組研究所的黃三文研究員對該研究進行了指導，北京市農林科學院蔬菜研究所的李海真研究員為該成果提供了南瓜種質資源和群體材料。該研究得到了國家自然科學基金和中國農業科學院創新工程等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41477-022-01297-6