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Abstract
背景回顾：A number of cis-regulatory elements (CREs) conserved during evolution have been found to be responsible for phenotypic novelty and variation. Cucurbit crops such as cucumber (Cucumis sativus), watermelon (Citrullus lanatus), melon (Cucumis melo), and squash (Cucurbita maxima) develop fruits from an inferior ovary and share some similar biological processes during fruit development.
提出问题：Whether conserved regulatory sequences play critical roles in fruit development of cucurbit crops remains to be explored.
结果1-CNS鉴定：In six well-studied cucurbit species, we identified 392,438 conserved noncoding sequences (CNSs), including 82,756 that are specific to cucurbits, by comparative genomics.
结果2-ACR图谱：Genome-wide profiling of accessible chromatin regions (ACRs) and gene expression patterns mapped 20,865 to 43,204 ACRs and their potential target genes for two fruit tissues at two key developmental stages in six cucurbits.
结果3-联合分析：Integrated analysis of CNSs and ACRs revealed 4,431 syntenic orthologous CNSs, including 1,687 cucurbit-specific CNSs that overlap with ACRs that are present in all six cucurbit crops and that may regulate the expression of 757 adjacent orthologous genes.
结果4-功能验证：CRISPR mutations targeting two CNSs present in the 1,687 cucurbit-specific sequences resulted in substantially altered fruit shape and gene expression patterns of adjacent NAC1 (NAM, ATAF1/2, and CUC2) and EXT-like (EXTENSIN-like) genes, validating the regulatory roles of these CNSs in fruit development.
结论：These results not only provide a number of target CREs for cucurbit crop improvement, but also provide insight into the roles of CREs in plant biology and during evolution.
葫芦科瓜类作物的保守CNSs鉴定
摘 要
在生物演化过程中，存在很多保守的顺式调控元件（CRE），作用于表型新颖性和变异。黄瓜、西瓜、甜瓜以及南瓜等葫芦科瓜类作物的果实从下位子房发育而来，并在果实发育过程中共享一些相似的生物过程。在瓜类作物的果实发育过程中，是否存在一些保守的调控序列发挥重要作用，这些都还不清楚。本文中，作者通过比较基因组学鉴定了392,438保守非编码序列（CNS），其中82,756个是6个葫芦科瓜类作物特有的。通过对6种瓜类作物两个关键发育时期的两个果实组织进行可及性染色质区域（ACR）和基因表达模式分析，作者鉴定到了20,865～43,204个ACRs及其潜在的靶基因。通过整合CNSs和ACRs，发现存在4,431个共线性的同源CNSs，其中与ACRs存在重叠的1,687个葫芦科瓜类作物特有CNSs在所有6种瓜类作物中都存在，并且可能调控757个邻近基因的表达。通过CRISPR技术突变其中2个CNSs，作者发现突变会导致果实形状的剧烈变化，并且其邻近基因NAC1和EXT-like的表达模式也发生了剧烈改变，表明这些CNSs在果实发育中的重要作用。本文的研究不仅提供了瓜类作物改良的靶向CREs，同时也为CREs在植物生物学及演化中作用提供了新的视野。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所辛红佳博士（已毕业）、刘欣博士（已毕业）、青岛农业大学柴森副教授、中国农业科学院蔬菜花卉研究所杨学勇研究员为文章的共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所路则府研究员、新疆农业科学院刘斌研究员等提供了帮助，青岛农业大学张忠华教授为独立通讯作者，青岛农业大学是独立通讯作者单位。研究得到了国家自然科学基金杰青和重点项目、国家高层次人才专项支持计划、山东省人民政府“泰山学者”基金的资助。
长期从事黄瓜、甜瓜等蔬菜作物功能基因组学研究，开发了农艺性状功能基因研究的新方法，鉴定了果实风味、大小、性别决定等多个重要性状的关键基因，并用于多个高产优质新品种选育，加速了蔬菜作物遗传育种基础研究，为全基因组分子育种提供了支持。
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