种子是葫芦科作物的繁殖器官，也是重要的促农增收的经济农产品。鉴定调控种子发育的基因家族和挖掘种子发育调控新基因，可为深入解析西瓜种子发育控制机制和分子育种手段创制新种质提供新思路和新方法。在植物中研究较多的是LEC1类NF-Y成员，它们控制种子发育的诸多方面，尽管这类基因在拟南芥和水稻等模式植物中已较为清楚，但NF-Y参与西瓜及其他葫芦科作物种子发育的研究还未见报道。
近日，我院瓜类种质创新与遗传改良团队袁黎教授课题组在 The Crop Journal 在线发表了题为“Genome-wide analysis of Nuclear Factor Y genes and functional investigation of watermelon ClNF-YB9 during seed development”的论文，是该杂志首篇瓜果蔬菜类经济作物研究论文。作者对西瓜、黄瓜和甜瓜中 NF-Y 基因家族成员进行鉴定并揭示了 ClNF-YB9 在西瓜种子发育中的功能。
该研究筛选并鉴定了西瓜、黄瓜和甜瓜中NF-Y家族基因成员，通过生物信息学分析方法对其理化性质、保守结构域和进化关系进行了分析。在西瓜8种组织进行 NF-Y 表达谱分析中发现 ClNF-YB9 在种子特异表达，特别是在种子成熟过程中表达较高，且该基因主要定位在细胞核上（图1）。同时，利用CRIPSR/Cas9技术创制了 Clnf-yb9 突变体，发现突变体植株的种子种皮颜色明显比野生型植株种子颜色浅淡，种胚子叶多叶且叶缘卷曲，种子无休眠期（图2）；进一步利用酵母杂交筛选西瓜种子cDNA文库发现，ClNF-YB9能够与ClNF-YC相互作用形成NF-YB-YC二聚体，同时ClNF-YBC-YC4二聚体可以募集ClNF-YA1/6/7形成三种不同的NF-Y复合物，从而形成独特的NF-Y复合物在种子发育过程中发挥功能。
图1 ClNF-Ys 基因表达模式
图2 ClNF-YB9 基因调控西瓜种子/胚胎发育
综上所述，本研究鉴定了葫芦科作物西瓜、甜瓜、黄瓜 NF-Y 基因家族成员，并揭示了 ClNF-YB9 基因在调控西瓜种子/胚胎发育的生物学功能，丰富了西瓜 ClNF-YB9 基因的功能，为分子育种手段创制新种质提供了基因资源。
我院袁黎教授和田树娟老师为该论文通讯作者，博士研究生冯琴、硕士研究生肖玲和王家发副教授为该论文的共同第一作者，张显教授和刘曼副教授也参与了该研究工作。该研究得到国家青年人才计划项目（A279021801），广东省重点领域研发计划项目（2022B0202060001），陕西省重点研发计划项目(2023-YBNY-008)，陕西省科技创新团队（2021TD-32），陕西省自然科学基金项目（2021JM-089, 2022JM-112 and 2022JQ-162）及杨凌种业创新（K3031322016）等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cj.2023.03.005
