黄瓜果实扩张蛋白基因CsEXP10的表达及功能分析

Cucumber (Cucumis sativus L.) is one of the most popular vegetables under protected cultivation conditions and plays an important role in vegetable supply. But a low fruit set has been a serious problem in agricultural production, especially under protected cultivation conditions because of low temperature, low light and the sluggish activity of pollinating insects. This affects high yield and good quality of cucumber. Expansin is cell-wall-loosening protein that induce stress relaxation and extension of plant cell walls. Expansin is widespread in the growing organization and ripening fruits. In fruits, expansin genes have been isolated, but little information is available about the basis and mechanisms of wall loosening during fruits growth. CsEXP10 has been identified in cucumber young fruits after pollution, suggesting that it may have a key role in the process of fruits extension. In the next work, real-time quantitative PCR is used to reveal the expression characteristics of CsEXP10 in different fruits growth stages, and over-expression and VIGS are used to indicate the regulation mechanism of CsEXP10 to fruits extension growth. The results may have important scientific significance and new application prospect in controlling fruit set.

黄瓜（Cucumis sativus L.）为主要的温室蔬菜，在蔬菜供应中占有极其重要的地位。但是在农业生产特别是设施栽培中经常会受到阴雨天气、低温弱光或缺少雄花等因素的影响而授粉受精不良，不能正常座果和膨大，最终导致果实败育，严重影响了黄瓜的高产和效益。扩张蛋白（Expansin）是一类能使植物细胞壁松弛的、非酶类的活性细胞壁蛋白，普遍存在于正在生长的组织和成熟的果实中。扩张蛋白参与了果实的座果和膨大生长过程，但是其作用机制目前仍不清楚。扩张蛋白CsEXP10基因是申请人首次在授粉后迅速生长的黄瓜幼果组织中鉴别到的，推测其可能参与了黄瓜果实的座果和膨大生长过程。本项目拟使用实时荧光定量PCR技术检测该基因在黄瓜果实不同发育时期的表达特性，并通过超量表达和病毒介导的基因沉默等手段来阐明其在黄瓜果实座果和膨大生长过程中的调控机制，该研究对于促进黄瓜座果和提高产量具有重要的科学意义和应用前景。

黄瓜（Cucumis sativus）是重要的蔬菜作物，在全世界广泛栽培。但是在农业生产特别是设施栽培中经常会受到雨雪或雾霾天气低温弱光等因素的影响而授粉受精不良，不能正常座果和膨大，最终导致果实败育，严重影响了黄瓜栽培的高产、优质和效益。扩张蛋白（Expansin）是一类能使植物细胞壁松弛的、非酶类的活性细胞壁蛋白，普遍存在于正在生长的组织和成熟的果实中，通过诱导细胞壁伸展和促进细胞膨大来调控植物生长发育。扩张蛋白CsEXP10 基因是申请人在授粉后迅速生长的黄瓜幼果组织中鉴别到的，推测其可能参与了黄瓜果实的座果及膨大生长过程。本研究通过RT-PCR和Northern杂交技术对CsEXP10 基因的表达特性进行了分析，通过转基因技术对其功能进行了验证。主要研究结果如下：.1. 本研究以非单性结实全雌黄瓜为材料，以授粉为动因，研究了非单性结实全雌黄瓜授粉前后果实直径、长度和单果重的变化，明确了授粉后第3d是黄瓜果实座果及膨大生长启动的关键时期；.2. 采用微波消解ICP-AES法对黄瓜果实膨大生长过程中的矿质营养元素进行了测定，发现在黄瓜果实膨大生长过程中B、K、Fe含量变化相对稳定，Ca、Cu、Mg、Mn、Zn含量随着果实的膨大生长呈下降趋势；.3. 采用RT-PCR和Northern杂交技术分析了CsEXP10 基因在黄瓜根、茎、叶及不同果实发育时期的表达特性，发现CsEXP10 基因与果实膨大生长相关；.4. 以黄瓜子叶、子叶节为外植体，探讨了不同激素组合和浓度对黄瓜离体再生的影响，建立了黄瓜子叶节高频再生体系；研究了预培养时间、共培养时间、乙酰丁香酮浓度和侵染时间等因素对黄瓜子叶节遗传转化效率的影响，建立和优化了黄瓜遗传转化体系，提高了黄瓜遗传转化效率；.5. 构建了CsEXP10 基因超量表达载体和RNAi干扰载体，采用农杆菌介导转化的方法获得了转基因番茄和黄瓜植株；.6. 研究了CsEXP10 基因超量表达对番茄植株及果实生长发育的影响，发现CsEXP10 基因的超量表达可以促进番茄果实生长。