植株性型类型和果实形态是影响黄瓜产量的关键农艺性状，乙烯在调控这两个过程中均发挥重要作用。乙烯的合成依赖于1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）合酶（ACS）和ACC氧化酶（ACO）协同催化。已有研究表明，CsACSs家族基因在黄瓜性别决定中发挥重要作用，但CsACOs家族成员在该通路中的作用缺乏系统研究。乙烯在黄瓜性别决定中功能主要分为三部分：心皮起始、子房发育和雄蕊抑制。研究证实CsACS11-CsACO2/CsACS1G-CsACO2模块产生的乙烯调控黄瓜心皮起始，但尚未明确ACO家族哪些成员与CsACS2协同参与乙烯合成，进而调控子房伸长和雄蕊抑制。
近日，我院李征教授/沈俊俊教授团队在Plant Physiology杂志在线发表了题目为“Using aco multiple mutants to elucidate the differential regulation of ethylene in sex determination and fruit elongation in cucumber.”的研究论文。该研究通过CRISPR/Cas9基因编辑获得csaco1/3/4/5单突，并通过杂交构建相应的双突和三突材料。cswip1/csaco2双突表型观察结果表明，CsACO2不仅在黄瓜花发育早期决定心皮的起始，还参与调控子房的伸长过程。进一步分析csaco2/csaco3、csaco3/csaco4、cswip1/csaco2/csaco3和cswip1/csaco3/csaco4突变体，发现这些多突材料均可产生两性花，证实心皮起始后，CsACO3是抑制雌花中雄蕊发育的关键基因，但需要与CsACO2或CsACO4协同发挥作用。值得注意的是，两性系材料cswip1/csaco3/csaco4可以在不改变果实大小和品质的情况下优化产量。该研究创制了子房发育正常且具备强自花授粉能力的两性花黄瓜新种质，并为深入解析乙烯调控黄瓜性型分化的机制提供了新的理论依据。
图1 CsACO3通过抑制雄蕊发育相关基因来抑制雌花中雄蕊的发育
论文第一署名单位为西北农林科技大学，园艺学院博士研究生杨彤雯为论文第一作者，硕士研究生张家祎和杨柳青也参与了本项工作，沈俊俊教授和李征教授为论文的通讯作者。本研究特别感谢中国农业科学院蔬菜花卉研究所孙进京研究员惠赠的宝贵材料。该研究受到国家重点研发计划资助项目（2023YFE0206900）、国家自然科学基金（32573033、32202519、U22A20498和U23A20209）、陕西省科技创新团队（2024NC-BSLD-01-07）和中国高校科学基金（2452026013）资助，西北农林科技大学园艺科学研究中心为本研究提供了技术支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiag351
