比较转录组学揭示乙烯信号与表观遗传协同调控黄瓜性别决定

　　

摘要：

目的 发掘调控黄瓜性别决定的关键基因及调控通路，为培育高产黄瓜品种提供理论依据，并为理解双子叶植物性别决定机制奠定基础。 方法 以黄瓜雌性系X8g（纯雌株）与普通系X8（雌雄株）近等基因系为材料，采用RNA-Seq技术对四叶一心期花芽分生组织进行转录组测序分析。通过差异表达分析、主成分分析和方差分解分析3种策略整合筛选关键基因。利用OrthoFinder鉴定黄瓜与拟南芥的直系同源基因，开展跨物种比较转录组分析，以探究调控网络的保守性与特异性。运用VIGS技术对核心候选基因CsACO2进行功能验证，采用qPCR检测基因沉默效率和特异性。使用DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷处理雌性系植株验证表观遗传调控作用。 结果 在黄瓜雌性系与普通系之间共鉴定到197个差异表达基因，其中43个上调，154个下调，这些基因显著富集于花器官形态建成、α-亚麻酸（茉莉酸合成前体）代谢等通路。多维度分析共同确定了一些核心候选基因，包括已知的乙烯合成关键基因CsACO2和新发现的MADS-box家族转录因子AGL6、MADS4等。跨物种比较分析显示，黄瓜与拟南芥同源基因的表达模式总体相关性弱，但揭示了乙烯响应因子EIN3、NAC053转录因子靶基因集以及H3K27me3表观修饰在黄瓜性别调控中的潜在重要作用。功能验证实验证明，在雌性系中特异性沉默CsACO2能够诱导雄花和两性花的产生；而施用DNA甲基化抑制剂5-azacytidine同样能使雌性系植株开出雄花。 结论 系统揭示黄瓜性别决定是由乙烯信号通路主导，并可能由茉莉酸代谢、多类转录因子以及表观遗传协同作用的复杂分子网络。