近日，中國農業科學院蔬菜花卉研究所張圣平團隊在國際著名期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF5 year = 12.1）在線發表題為An intronic SNP in the Carotenoid Cleavage Dioxygenase 1 （CsCCD1） controls yellow flesh formation in cucumber fruit （Cucumis sativus L.）的文章，揭示了黃瓜類胡蘿卜素裂解雙加氧酶編碼基因（CsCCD1）內含子變異調控果實類胡蘿卜素含量的新機制，并創制了高類胡蘿卜素含量的栽培黃瓜新種質。
黃瓜（Cucumis sativus L.）是全球重要的蔬菜作物之一，也是我國產量最大、經濟效益很高的設施蔬菜，在重要農產品穩產保供和鄉村振興中發揮著舉足輕重的作用。維生素A是維持人體正常新陳代謝和生理功能所必需的維生素，且必須通過膳食攝取。維生素A缺乏可能導致夜盲癥、干眼癥以及免疫功能下降等一系列健康問題。類胡蘿卜素作為維生素A的重要前體物質，不僅能在體內轉化為維生素A，還具有抗氧化、維持視覺健康、調節免疫等多種生理功能。因此，培育高類胡蘿卜素含量的黃瓜新品種對于改善人類膳食營養、促進健康具有重要意義。
本研究圖位克隆了調控黃瓜黃色果肉形成的關鍵基因CsCCD1，該基因編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶，是一個類胡蘿卜素降解酶。通過對該基因序列和功能分析，發現其內含子區域存在一個單核苷酸多態性（SNP，A-G），這一突變導致轉錄本剪接異常，進而使蛋白關鍵結構域喪失、酶活性顯著降低，最終引起果實中類胡蘿卜素的大量積累，使果肉呈現黃色。西雙版納黃瓜作為中國云南省特有的半野生栽培品種，其果肉富含β-胡蘿卜素，呈現明顯的黃/橙色表型。通過在黃肉西雙版納黃瓜中瞬時過表達CsCCD1，成功恢復了白色果肉表型，這一結果進一步證實了CsCCD1在栽培和半野生黃瓜果肉顏色調控中的關鍵作用。此外，我們利用CRISPR/Cas9技術創制了高類胡蘿卜素含量的黃瓜新種質，使栽培黃瓜果實中的類胡蘿卜素含量顯著提高6-7倍。綜上，本研究揭示了CsCCD1內含子SNP變異在調控栽培和半野生黃瓜果實類胡蘿卜素含量中的新機制，并創制了高類胡蘿卜素含量的栽培黃瓜新種質，為選育高類胡蘿卜素黃瓜新品種提供了基因資源。
中國農業科學院蔬菜花卉研究所、蔬菜生物育種全國重點實驗室的戴卓男博士、官健濤副研究員、苗晗研究員為該論文的共同第一作者；張圣平研究員、董邵云副研究員為該論文的共同通訊作者，中國農業科學院蔬菜花卉研究所為通訊單位。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程項目以及國家現代農業產業技術體系等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70034
日期：2025-03-24
黃瓜（Cucumis sativus L.）是全球重要的蔬菜作物之一，也是我國產量最大、經濟效益很高的設施蔬菜，在重要農產品穩產保供和鄉村振興中發揮著舉足輕重的作用。維生素A是維持人體正常新陳代謝和生理功能所必需的維生素，且必須通過膳食攝取。維生素A缺乏可能導致夜盲癥、干眼癥以及免疫功能下降等一系列健康問題。類胡蘿卜素作為維生素A的重要前體物質，不僅能在體內轉化為維生素A，還具有抗氧化、維持視覺健康、調節免疫等多種生理功能。因此，培育高類胡蘿卜素含量的黃瓜新品種對于改善人類膳食營養、促進健康具有重要意義。
本研究圖位克隆了調控黃瓜黃色果肉形成的關鍵基因CsCCD1，該基因編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶，是一個類胡蘿卜素降解酶。通過對該基因序列和功能分析，發現其內含子區域存在一個單核苷酸多態性（SNP，A-G），這一突變導致轉錄本剪接異常，進而使蛋白關鍵結構域喪失、酶活性顯著降低，最終引起果實中類胡蘿卜素的大量積累，使果肉呈現黃色。西雙版納黃瓜作為中國云南省特有的半野生栽培品種，其果肉富含β-胡蘿卜素，呈現明顯的黃/橙色表型。通過在黃肉西雙版納黃瓜中瞬時過表達CsCCD1，成功恢復了白色果肉表型，這一結果進一步證實了CsCCD1在栽培和半野生黃瓜果肉顏色調控中的關鍵作用。此外，我們利用CRISPR/Cas9技術創制了高類胡蘿卜素含量的黃瓜新種質，使栽培黃瓜果實中的類胡蘿卜素含量顯著提高6-7倍。綜上，本研究揭示了CsCCD1內含子SNP變異在調控栽培和半野生黃瓜果實類胡蘿卜素含量中的新機制，并創制了高類胡蘿卜素含量的栽培黃瓜新種質，為選育高類胡蘿卜素黃瓜新品種提供了基因資源。
中國農業科學院蔬菜花卉研究所、蔬菜生物育種全國重點實驗室的戴卓男博士、官健濤副研究員、苗晗研究員為該論文的共同第一作者；張圣平研究員、董邵云副研究員為該論文的共同通訊作者，中國農業科學院蔬菜花卉研究所為通訊單位。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程項目以及國家現代農業產業技術體系等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70034
日期：2025-03-24
