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黃瓜GELP基因家族的全面數(shù)據(jù)集構(gòu)建成功
作者：朱漢斌  來源：中國科學報
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在國家自然科學基金等項目的資助下，廣東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所研究員江彪團隊在黃瓜果皮角質(zhì)層發(fā)育研究領(lǐng)域取得重要進展，首次成功構(gòu)建了黃瓜GELP基因家族的全面數(shù)據(jù)集。相關(guān)成果近日發(fā)表于《園藝植物雜志》（Horticultural Plant Journal）。
極端環(huán)境條件，如溫度劇烈波動、長期干旱以及病原體侵襲，會顯著干擾植物的生長發(fā)育進程，并導致產(chǎn)量下降。為有效應(yīng)對這些脅迫，植物在漫長的進化過程中形成了一套復(fù)雜而精妙的酶系統(tǒng)，其中GDSL酯酶/脂酶蛋白（GELPs）扮演著不可或缺的角色。
GELPs以保守的GDSL基序和四個關(guān)鍵氨基酸（絲氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和組氨酸）為特征，在脂質(zhì)代謝、細胞壁修飾以及脅迫響應(yīng)等多項生理過程中表現(xiàn)出多樣化的催化功能。GELPs的核心功能之一是深度參與植物角質(zhì)層的生物合成。角質(zhì)層作為覆蓋在植物地上器官表面的一層保護性脂質(zhì)屏障，不僅能夠顯著增強植株對各類環(huán)境脅迫的耐受性，還在提升果實品質(zhì)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，例如改善果實采后的保水性，增強其機械強度，延長貨架期等。
此前，在擬南芥和番茄等模式植物中，GELPs在植物發(fā)育和脅迫適應(yīng)過程中的作用已得到廣泛而深入的研究。然而，在黃瓜這一重要葫蘆科蔬菜中，GELPs的基本信息及其在果實角質(zhì)層發(fā)育中的潛在作用仍缺乏系統(tǒng)認識，這制約了黃瓜品質(zhì)改良和抗逆育種的進展。論文第一作者、廣東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所博士后翟許玲表示，該研究旨在通過全基因組分析鑒定黃瓜GELP基因家族，并整合基因進化、表達模式、功能驗證以及分子對接等方法，深入探討關(guān)鍵基因CsGELP57在果實角質(zhì)層形成中的功能和作用機制。
該研究通過全基因組分析共鑒定出75個CsGELP基因，這些基因分布于7條染色體上，主要通過串聯(lián)重復(fù)擴增，系統(tǒng)進化分析將它們分為5個亞家族。保守基序分析顯示，97%的CsGELP蛋白含有Lipase-GDSL結(jié)構(gòu)域。啟動子分析共鑒定出2378個順式作用元件，主要涉及脅迫響應(yīng)、光響應(yīng)和激素響應(yīng)。表達譜分析顯示，CsGELP基因在根、莖、葉、卷須、雄花、果肉和果皮等組織中差異表達，其中VI組的18個基因主要在果皮中高表達。
研究進一步聚焦于果皮特異表達的CsGELP57基因，其表達水平隨果實發(fā)育進程逐漸升高，與角質(zhì)層加厚同步。過表達CsGELP57的轉(zhuǎn)基因黃瓜果實外觀趨于暗淡、角質(zhì)層顯著加厚、表皮蠟質(zhì)沉積增多，果實保水性和抗機械擠壓能力顯著增強。亞細胞定位實驗證實CsGELP57定位于細胞外空間；分子對接模擬進一步顯示，其通過保守催化三聯(lián)體與角質(zhì)層前體物質(zhì)結(jié)合，暗示其可能作為�；�轉(zhuǎn)移酶或水解酶，促進角質(zhì)和蠟質(zhì)的生物合成。
該研究首次構(gòu)建了黃瓜GELP基因家族的全面數(shù)據(jù)集，并深入闡釋了CsGELP57基因在調(diào)控果實角質(zhì)層發(fā)育中的關(guān)鍵生物學功能。通過過表達CsGELP57基因，能夠顯著提升黃瓜果實的保水性和抗壓性，這一發(fā)現(xiàn)為改善果實品質(zhì)的育種工作提供了有效的基因資源。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.06.010
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