光敏色素PHYB蛋白在群體馴化中獲得了適應性選擇

　　株高作為重要的農藝性狀，被育種和栽培研究者廣泛關注。植株過高不僅容易倒伏，還影響種植密度，顯著減少了作物產量。經過農業綠色革命，調控株高的關鍵基因被大量鑒定并廣泛應用于育種，但在葫蘆科園藝作物中報道不多。黃瓜超長下胚軸突變體材料LONG HYPOCOTYL (lh) 被發現已久。作為光依賴型單基因隱性突變體，其對應的基因預測為光敏色素PHYB蛋白，但具體由哪個基因編碼尚不清楚。

　　近日，Molecular Horticulture在線發表了上海交通大學農業與生物學院黃丹楓教授團隊與西班牙農業基因組研究中心合作的研究論文，題為

　　A domestication-associated gene, CsLH, encodes a phytochrome B protein that regulates hypocotyl elongation in cucumber。該研究發現，黃瓜（Cucumis sativus L.）的LONG HYPOCOTYL (CsLH)基因編碼光敏色素PHYB蛋白，并證實其在群體馴化中獲得了適應性選擇。

　　研究者根據黃瓜基因組信息，找到5個候選PHY基因：CsaV3_1G032770、CsaV3_3G015190、CsaV3_6G036060、CsaV3_6G036100和CsaV3_7G002530，經過進化樹分析，發現CsaV3_3G015190與擬南芥、番茄中的PHYB最為接近。隨后，通過基因組重測序及基因克隆分析，研究者發現lh突變體中，該基因第一個外顯子編碼區存在一段7個堿基的缺失，破壞了開放閱讀框并導致氨基酸序列改變和過早出現終止密碼子，因此初步判斷CsaV3_3G015190為CsLH對應的候選基因。為了在群體水平上驗證CsLH的功能，研究者構建了Chinese Long 9930與lh突變體的F2群體，并根據重測序數據設計了兩個與表型關聯的分子標記，后代基因型及表型分析證實了CsLH決定下胚軸長度。遺傳轉化回補實驗的結果，也進一步證實了該基因的這一功能。為探究該基因在黃瓜馴化中是否受到選擇，研究者檢測了115個黃瓜品系中該基因區域的核苷酸多樣性及選擇信號，發現經過長期馴化，西雙版納（XSBN）群體中CsLH的N端序列受到顯著選擇，形成了特有的單倍型。研究發現，西雙版納群體中CsLH的表達量高于亞洲型或歐亞型黃瓜。表型比較結果表明，西雙版納黃瓜的下胚軸顯著短于其他黃瓜群體，隨后，作者通過構建近等基因系，證明了來源于西雙版納的CsLH基因區域可以用于黃瓜短節間品種的培育。

　　劉斌博士為本文的第一作者，上海交通大學黃丹楓教授為通訊作者，西班牙農業基因組研究中心Jordi Garcia-Mas研究員和英國倫敦大學皇家霍洛威學院Enrique López – Juez教授等共同參與該研究。該研究獲得中國國家重點研發計劃（2019YFD1000300）、西班牙Severo Ochoa卓越研發項目（SEV-2015-0533）和中國博士后國際交流項目（20170053）的資助。