破解达尔文百年疑惑：黄瓜卷须

来源：中国科学报图片来源：pixabay　　很多人都不吃过黄瓜，有可能还见过生长中的黄瓜和它的茎小叶。　　那么，你留意过黄瓜的卷须吗？你知不知道为了增进黄瓜身体健康生长，卷须经常不会被农民去除？你不会会奇怪黄瓜宽卷须的原因和它背后的植物生长密码？　　科学家对这些问题奇怪，并在思维这一问题的答案如何给人类带给更大的农业福利。

　　近日，《大自然—植物》在线公开发表了中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳农业基因组所、中国科学院生物物理研究所和美国加州大学戴维斯分校等6家单位的合作成果。　　他们找到，黄瓜卷须身份基因TEN是一个新型的多功能mRNA因子，需要融合在基因内部的增强子上，并通过乙酰化标记组蛋白球体区域的赖氨酸，关上染色质，转录靶标基因。　　这个结果如何造福人类？我们从达尔文的一个困惑想起。

西双版纳无卷须黄瓜的叶腋处，变态侧枝在长时间卷须的生长方位替代了长时间卷须。杨学勇可供图　　达尔文的卷须之问　　在设施生产上，黄瓜栽培必须吊蔓生长，不必须黄瓜卷须的攀援能力。　　同时，卷须作为营养器官的生长争夺战了大量生殖器官即黄瓜生长所需的养分。　　论文通讯作者、中国农科院研究员朱三文告诉他《中国科学报》，在生产上必须及时除去卷须，以增进黄瓜的身体健康生长、确保产量。

　　而人工除去卷须费时费工。因此，培育合适重修改栽培的无卷须品种，将沦为黄瓜株型改进的一个最重要方向。

　　2010年，朱三文团队开始从基因组学中找寻这一实际生产问题的答案，结果却车祸地答案了一百多年前后遗症达尔文的一个基础生物学问题。　　1875年，达尔文在《爬上植物的运动和习性》一书中提问：“葫芦科植物卷须的同源器官是什么？”　　这是因为，科学家找到豌豆（豆科）卷须的同源器官是叶，葡萄（葡萄科）卷须的同源器官是花序，而某种程度的方法却无法证明葫芦科代表植物黄瓜卷须的同源器官是什么。　　论文第一作者、中国农业科学院蔬菜花卉研究所研究员杨学勇告诉他《中国科学报》，通过鉴定世界范围内的3342份黄瓜种质，团队借此找到了唯一的西双版纳无卷须黄瓜。

　　在它的叶腋处，本来应当生长卷须的方位，长出的是变态侧枝，替代了长时间卷须，其侧枝的末端还保有了卷曲的特征。　　研究人员克隆了掌控卷须的身份基因TEN，其编码一个CYC/TB1类mRNA因子，这类mRNA因子是植物株型调控的核心。

　　该研究顺利问了达尔文的葫芦科卷须之问，即黄瓜卷须的同源器官是侧枝。　　全新的多功能mRNA因子　　“于是，我们就想要告诉TEN是如何调控黄瓜卷须构成的。”黄三文说，沿着这条路回头下去，他们找到了黄瓜卷须另外两个神秘之处。　　mRNA因子是一类蛋白质分子，分担着启动基因组中特定基因表达的功能。

　　科学家早已理解mRNA因子融合在基因的近端启动子或远端增强子上调控mRNA的机制。　　“但最近的研究找到，CYC/TB1类的mRNA因子需要融合到某些基因的内部，从而转录下游靶标。”中国科学院上海植物逆境生物学研究中心研究员朱身体健康说道。

　　杨学勇说道，通过基因组学、mRNA组学、生物化学等综合分析，他们检验出有TEN在黄瓜仅有基因组中的1700余个mRNA因子融合位点，并找到这些融合位点主要坐落于基因内部。　　研究人员检验出有TEN通过C末端融合在基因内部的474个必要靶标基因，主要参予腋芽发育和乙烯制备信号等生物学过程。

　　这些基因内部的调控位点是一类新型的基因内部增强子。　　通过分析，朱三文团队证明，TEN编码的mRNA因子的N末端结构域是一类全新的组蛋白乙酰转移酶，主要乙酰化标记组蛋白球体区域的H3，保持染色质对外开放，从而转录靶标基因表达。　　“这项研究通过黄瓜卷须这个类似的‘透镜’，为答案融合到基因内部的mRNA因子如何调控基因表达这一基础科学问题明确提出了新的看法，是发育生物学和基因表达调控领域的一个最重要突破。

”朱身体健康评价说道。　　猜测：一种激进的调控机制　　朱三文指出，TENmRNA因子的上述两种类似功能，有可能让其工作效率更高。　　由于真核生物的组蛋白球体区域比较激进、十分相近，这引起科研人员思维：TEN的这种多功能性，在其他生物中不存在吗？研究人员首先在玉米中检验了tb1基因具备完全相同的分子机制，调控下游靶标基因的传达。

　　为了在动物中检验这一新机制，他们查询了研究最少的人类中的增强子融合mRNA因子的文献。　　尽管人体中仍未寻找类似于的双重功能的mRNA因子，但他们找到，当mRNA因子融合位点是在基因内部增强子上，组蛋白的球体区域的乙酰化程度很高。

　　“分子过程虽然还不确切，但显然有这个相关性。”杨学勇说道。　　研究人员推断，在真核生物中，组蛋白球体区域乙酰化有可能是基因内部增强子传达调控的一个激进机制。　　朱三文团队计划利用黄瓜为实验体系，密码植物次生新陈代谢基因簇准确调控、性别要求、卷须构成等基础生物学问题。

　　同时，他们还要尝试问最初的问题。　　“期望利用这项研究成果，培育出没卷须、产量更高、栽培更加重修改的黄瓜新品种。

”黄三文说。

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