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         果實(shí)成熟類型分為呼吸躍變型果實(shí)和非呼吸躍變型果實(shí)(Chen et al., 2020)。甜瓜（Cucumis melo L.）作為世界十大水果之一，同時(shí)存在呼吸躍變和非呼吸躍變兩種成熟類型，是果實(shí)成熟調(diào)控機(jī)制研究的理想模型(Garcia-Mas et al., 2012)。呼吸躍變型薄皮甜瓜香氣足，風(fēng)味好，但貨架期短，不耐儲(chǔ)運(yùn)。因此，解析呼吸躍變甜瓜果實(shí)成熟分子機(jī)理，將為培育耐儲(chǔ)運(yùn)甜瓜新品種提供技術(shù)指導(dǎo)。前人研究結(jié)果表明，NAC轉(zhuǎn)錄因子CmNAC-NOR位于呼吸躍變成熟相關(guān)的QTL區(qū)域內(nèi)，是影響甜瓜呼吸躍變成熟類型的重要候選基因 (Rios et al., 2017)，但是其調(diào)控果實(shí)成熟的分子機(jī)制仍不清楚。

         JIPB近日在線發(fā)表了北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所許勇團(tuán)隊(duì)題為“Natural variation in the NAC transcription factor NonRIPENING contributes to melon fruit ripening”的研究論文，揭示了甜瓜中NAC轉(zhuǎn)錄因子CmNAC-NOR介導(dǎo)乙烯合成等途徑調(diào)控果實(shí)成熟的分子機(jī)制。研究人員通過CRISPR-cas9體系成功獲得cmnac-nor突變體，該突變體果實(shí)不能正常成熟，表現(xiàn)出不能正常轉(zhuǎn)色，糖度低，果肉硬等表型（圖1）。將該突變體與野生型（BYJH）雜交，獲得的雜交F1代果實(shí)表現(xiàn)出成熟推遲5-8天的表型。通過外源噴施乙烯利，可以加快果實(shí)成熟進(jìn)程，且果實(shí)品質(zhì)與野生型一致。這為培育優(yōu)質(zhì)耐儲(chǔ)運(yùn)的甜瓜品種提供了新的技術(shù)方案。        

 

圖1  CmNAC-NOR敲除突變體果實(shí)不能正常成熟
 

         結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，該研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)CmNAC-NOR直接激活乙烯、ABA、類胡蘿卜素合成基因表達(dá)，促進(jìn)甜瓜果實(shí)成熟及瓤色形成。同時(shí)，CmNAC-NOR介導(dǎo)‘CmNAC-NOR-CmNAC73-CmCWINV2’模塊調(diào)控甜瓜果實(shí)含糖量。通過雙螢光素酶檢測實(shí)驗(yàn)及回補(bǔ)番茄cr-nor突變體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，位于CmNAC-NOR轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域的自然變異位點(diǎn)顯著提高了CmNAC-NOR對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄激活作用，進(jìn)而促進(jìn)果實(shí)成熟（圖2）。該研究結(jié)果為NAC轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控呼吸躍變型及非呼吸躍變果實(shí)成熟分子機(jī)制提供了線索。

 

圖2. CmNAC-NOR自然變異位點(diǎn)調(diào)控呼吸躍變甜瓜及非呼吸躍變甜瓜果實(shí)成熟模式圖

        北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所王晉芳博士，田守蔚博士和于泳濤博士為論文的第一作者，許勇研究員為通訊作者。該研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新計(jì)劃以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。