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20世纪50年代，Barbara McClintock首次在玉米中发现了转座子，并于1983年获得诺贝尔生理学或医学奖。转座子也称“跳跃基因”，是一种特殊的DNA序列，可以从基因组一个位置跳跃到另一个位置。随着近期研究的深入，证实转座子是驱动基因组进化和表型多样性的重要动力。然而，有关跳跃基因调控瓜菜作物表型的研究鲜有报道。近日，北京市农林科学院许勇团队联合中国农大在国际学术期刊 The Plant Journal上在线发表题为Recurrent excision of a hAT-like transposable element in CmAPRR2 leads to the “shooting star” melon phenotype的研究论文。该研究发现，甜瓜调控叶绿素合成的转录因子CmAPRR2中的hAT转座子反复跳出，介导了甜瓜表皮流星性状的形成。该论文第一作者为中国农业大学与北京市农林科学院联合培养在读博士张伟和北京市农林科学院廖生进助理研究员，通讯作者为北京市农林科学院许勇研究员与中国农业大学沈火林教授。甜瓜（Cucumis melo L.）是重要的经济作物，我国甜瓜年播种面积和产量均位居世界第一。作为一种广泛栽培的园艺作物，其皮色表型变异丰富，除纯色表型外，很多甜瓜的瓜皮还表现出两种或多种的混合色，丰富多彩的皮色是吸引消费者重要商品性状。许勇团队在育种过程中发现一种甜瓜名为 “流星” （Shooting Star, SS）的特殊瓜皮外观，其表皮镶嵌墨绿色斑纹，类似流星划过天际，该类型品质优，肉质软糯香甜，但高代自交系的每个瓜的墨绿色斑纹不规则、大小不一，斑纹数量随机，且出现少量（4.3%）纯墨绿皮色分离，影响品种的商业化开发。这一复杂表型形成的分子调控机制尚不清楚。该研究首先通过电镜叶绿体观测发现，流星斑纹的形成主要由叶绿素的积累所致。并基于六世代群体表型分析，明确该“流星”表型受单基因调控，但不完全符合孟德尔遗传。进一步采用Bulked Segregant Analysis和精细定位等正向遗传技术方法，挖掘到控制流星瓜斑纹的候选基因为叶绿素调控转录因子CmAPRR2基因，该基因前人报道是一个控制墨绿皮色基因。对流星瓜(SS) CmAPRR2基因序列分析发现，该基因上插入了一个3526 bp的片段。序列比对分析发现，该插入片段与hAT转座子的相似度极高，并命名为Tcm1 (Transposon Element of Cucumis melo)。进一步研究推测，流星瓜分离后代中流星瓜的白皮部分（SSW）是由Tcm1座子的存在抑制CmAPRR2的表达，从而阻碍瓜皮中叶绿素的积累，形成了纯白色表皮；而流星瓜中斑纹 (SSG) 的形成是由于Tcm1转座子剪切跳出留下不规律残基，部分激活了CmAPRR2基因的表达，促进叶绿素的积累，进而形成了墨绿色斑纹；分离出的少量纯墨绿皮色，是Tcm1转座子全部跳出和留下的恒定残基，更强激活了CmAPRR2基因的表达，促进叶绿素的积累进而形成了全部墨绿色瓜皮。这是首次在甜瓜上初步揭示出转座子调控性状的分子机制，Tcm1作为一个非自主活性的转座子，其跳出与插入的调控机制仍待进一步探索。本文转自ThePlantCell公众号，只为分享交流，无任何商业用途。点击左下角“阅读原文”查看论文全文。
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