西瓜[Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum & Nakai] 是世界十大水果之一。西瓜種子大小是重要的農(nóng)藝性狀，對(duì)于以種子作為食用目標(biāo)的籽用西瓜品種來(lái)說(shuō)，種子可以給人們提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，比如油類和蛋白質(zhì)等，因此，籽用西瓜品種的種子越大越好；然而對(duì)于以果實(shí)作為產(chǎn)量器官的鮮食西瓜品種來(lái)說(shuō)，為了提升食用愉悅感，無(wú)籽或者種子越小越好。因此，種子大小是西瓜育種中的一個(gè)重要目標(biāo)性狀。然而西瓜種子大小調(diào)控的分子機(jī)制目前并不清楚。

 

　　近日，Horticulture Research在線發(fā)表了蔬菜研究中心西瓜課題組題為CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of ClBG1 decreased seed size forbid promoted seed germination in watermelon的研究論文。該研究揭示了脫落酸（ABA）含量調(diào)控路徑中的關(guān)鍵基因--β-葡萄糖苷酶基因（ClBG1）調(diào)控西瓜種子大小的分子機(jī)制，為解析西瓜種子大小的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了分子基礎(chǔ)。

 

　　該研究利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除了西瓜中ABA含量調(diào)控關(guān)鍵基因ClBG1，敲除突變體中ABA含量顯著下降，種子長(zhǎng)、寬和千粒重顯著降低。進(jìn)一步細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，與野生型西瓜相比，Clbg1敲除突變體種子細(xì)胞數(shù)目顯著降低。對(duì)野生和Clbg1敲除突變體種子發(fā)育早期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)對(duì)比分析顯示，授粉后10天和18天的Clbg1敲除突變體種子中，分別有1200和1614個(gè)差異表達(dá)基因。GO富集分析顯示，“microtubule-based process”， “cytoskeletal protein binding”，“microtubule binding”， “tubulin binding”和 “cell cycle process”是前5名顯著富集的GO 路徑，這表明細(xì)胞骨架和細(xì)胞循環(huán)相關(guān)的基因可能參與了西瓜種子大小的調(diào)控。同時(shí)，參與種子大小調(diào)控的相關(guān)信號(hào)路徑中的同源基因表達(dá)也發(fā)生了變化。此外，由于Clbg1敲除突變體中ABA的含量下降，種子萌發(fā)勢(shì)增加，萌發(fā)提前。

 

　　綜上所述，ClBG1通過(guò)影響ABA含量，進(jìn)而影響細(xì)胞骨架、細(xì)胞循環(huán)和種子大小調(diào)控相關(guān)路徑中基因的表達(dá)，最終調(diào)控了西瓜種子的大小。研究結(jié)果將為培育優(yōu)質(zhì)西瓜新品種提供理論依據(jù)。

 

　　王艷萍博士后（現(xiàn)工作于蔬菜研究中心）和王晉芳博士后為該論文的共同第一作者，許勇研究員為該論文通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、院協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助。