多组学分析揭示了CsGA20OX1在黄瓜通过赤霉素（GA）介导的单性结实过程中的调控作用

《Molecular Breeding》：Multi-omics analysis reveals the regulatory role of CsGA20OX1 in GA-mediated parthenocarpy of cucumber

黄瓜无籽果实形成中激素调控机制研究通过花药处理诱导无籽特性，结合转录组和代谢组学分析，发现生长素、赤霉素、细胞分裂素水平显著升高，并鉴定出CsGA20OX1等7个候选基因，其中CsGA20OX1通过农杆菌瞬时表达验证其正调控作用。该研究揭示了黄瓜无籽果实的激素调控分子机制，为培育高产稳产品种提供理论依据和基因资源。

　　

摘要

单性结实是一种重要的农艺特性，它能够在不进行受精的情况下实现果实发育，从而在授粉条件不利的情况下显著稳定作物产量。在本研究中，非单性结实的黄瓜自交系‘MT’被用作实验材料。未受授粉的子房经过花浸处理以诱导单性结实，随后利用转录组学和代谢组学技术系统地分析了处理前后的基因表达和代谢变化。结果表明，经过处理的子房出现了明显的膨胀，其果实长度和直径分别达到了对照组的3.02倍和3.12倍。转录组分析鉴定出多个差异表达的基因，富集分析显示这些基因在“植物激素信号传导”、“玉米素生物合成”以及“色氨酸代谢”等途径中起着重要作用。代谢组学分析进一步证实，单性结实果实中的活性激素水平升高，包括生长素（IAA和IBA）、赤霉素（GA₄）和细胞分裂素（二氢玉米素和cis-玉米素）。综合多组学分析和定量实时PCR技术确定了七个与激素生物合成和信号传导相关的候选基因，其中CsYUCCA6、CsSAUR51、CsAUX22、CsGA20OX1、CsCKX3和CsCYP735A2在单性结实能力强的材料中高表达，而CsGA20OX1在非单性结实材料中高表达。此外，通过农杆菌介导的瞬时过表达实验进一步证实了CsGA20OX1在黄瓜单性结实中的正向调控作用。本研究阐明了黄瓜单性结实背后的关键分子机制，并为培育高产和稳产黄瓜品种提供了宝贵的遗传资源和理论基础。

本研究通过综合多组学和瞬时过表达分析，确定CsGA20OX1是黄瓜单性结实的关键调控因子，证明了其在不进行受精的情况下促进果实形成的作用。