黄瓜苦味物质生物合成基因簇的功能分析

黄瓜是我国最重要的蔬菜之一。黄瓜中积累三萜化合物葫芦素C会导致苦味产生，严重影响黄瓜品质。Bi基因和Bt基因共同控制着黄瓜苦味。其中，Bi基因可能参与葫芦素C的合成，而Bt基因可能参与葫芦素C的运输。由于葫芦素C的合成机制还不清楚，且缺乏无苦味黄瓜分子育种工具，目前还不能从根本上解决黄瓜苦味问题。黄瓜高密度遗传图谱的建立以及基因组测序的完成为研究葫芦素C的生物合成创造了条件。通过比较基因组学，我们在黄瓜六号染色体上发现一个由环化酶基因和4个P450氧化酶基因组成的基因簇，可能参与葫芦素C的生物合成。利用部分黄瓜品种重测序结果，在该环化酶基因序列中发现一个跟苦味连锁的SNP位点。本项目拟构建大的F2群体，进一步验证这个跟苦味连锁的SNP位点，阐明Bi基因与环化酶基因之间的关系。同时利用异源表达系统证明环化酶及基因簇的生物学功能，为无苦味黄瓜分子育种打下坚实的科学基础。

该项目有两个预期研究目标：一、开发与叶片苦味性状紧密连锁的SNP标记及研究参与苦味合成环化酶的功能；二、初步验证苦味合成基因簇功能以及黄瓜苦味生物合成部位确定。通过项目实施，这两个目标均已实现。此外，我们还阐明了其他苦味合成酶的功能；解析了苦味合成的调控及驯化的分子机制；开发了与黄瓜果实性状紧密连锁的SNP标记。从分子水平解析了黄瓜苦味合成、调控及驯化的机制，一共涉及11个基因的功能。以上研究成果以研究论文的形式发表在国际著名学术期刊Science上，并被评为当期亮点论文之首。Nature Plants和Nature Genetics也都对该研究进行了亮点论文报道。同时还申请了5个国家发明专利，对相关基因及SNP标记进行保护。