近日，青岛农业大学教授张忠华与中国农业大学教授眭晓蕾课题组合作的最新研究成果在Nature Plants上发表，该研究聚焦于黄瓜驯化过程中的关键基因CsNPF1，揭示了其在调控黄瓜单性结实和果实苦味中的重要作用，为黄瓜产量和品质的遗传改良提供了新视角。

在自然界，植物结实通常需要经过授粉和受精，但黄瓜等部分植物具有单性结实能力，能在未受精情况下形成果实，这一特性显著提高了果实的商品价值。黄瓜由野生型驯化而来，过程中单性结实等性状发生了显著变化，但背后的遗传机制尚不完全清楚。

张忠华团队利用自发非单性结实突变体npf1，通过基因定位技术，在黄瓜第6号染色体上发现了缺失片段，并锁定候选基因CsNPF1。利用CRISPR/Cas9技术敲除CsNPF1后，突变体表现出非单性结实，证实了CsNPF1在黄瓜单性结实中的关键作用。

为进一步探究CsNPF1的调控机制，团队进行了Dap-seq和RNA-seq分析，构建了CsNPF1的全基因组调控网络。结果显示，CsNPF1直接结合并激活生长素合成基因CsYUC4的启动子，提高胚珠中生长素水平，从而促进单性结实。随着果实发育，胚珠生长素水平逐渐上升，验证了CsNPF1的作用机制。

此外，团队还比较了野生黄瓜和栽培黄瓜的基因组，发现CsNPF1在驯化过程中受到强烈选择，其序列多态性在栽培群体中显著降低。同时，CsYUC4的特定启动子变异也在东亚栽培种中被选择，增强了CsNPF1对CsYUC4的激活，进一步促进单性结实。这些发现揭示了黄瓜驯化过程中CsNPF1和CsYUC4的协同演化。

值得注意的是，黄瓜苦味由Bt基因调控，是驯化中的重要性状。该研究首次发现，CsNPF1能直接结合Bt基因的关键驯化位点，抑制Bt表达，降低果实苦味。这一发现不仅丰富了黄瓜苦味调控机制的理解，也为品质改良提供了新思路。

CsNPF1作为黄瓜驯化过程中的关键基因，通过调控生长素合成和果实苦味，协同影响黄瓜的单性结实和果实品质。该研究深化了对黄瓜驯化分子机制的认识，也为园艺作物的遗传改良和育种提供了宝贵的理论资源和实践指导。未来，有望培育出更高产、更优质的黄瓜新品种，满足农业生产和市场需求。

该研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划课题、中国博士后科学基金项目，以及中国农业大学2115人才培育发展支持工程的资助支持。

论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41477-024-01899-2