记者7日从中国农业科学院获悉，该院蔬菜花卉研究所研究员杨学勇团队联合华大生命科学研究院等研究团队的最新研究，首次构建了植物发育花芽时空转录组图谱并重建其细胞谱系，并揭示了黄瓜的“雌花发育秘密”——基因开关决定雌花的性别和果实长相。相关成果日前发表在《自然·植物》（《Nature Plants》）上。
“黄瓜花有雌花和雄花之分，而决定它们性别的关键，就藏在花朵底部的‘小房子’——子房里。本次的研究发现，这个‘小房子’的位置和形态，由一组特殊的基因（KNAT2-like1）开关控制。”论文通讯作者杨学勇表示。
黄瓜、西瓜等葫芦科植物的果实由花朵底部的“小房子”膨大而成。这种长在花器官下方的子房被称为“下位子房”，而苹果、梨等假果也是由同样的结构发育而来。但长期以来，科学界对下位子房的形成机制知之甚少。
研究团队通过研究黄瓜发现，下位子房的形成与花托的异常膨大密切相关。为了揭开这个过程的基因调控机制，研究团队使用了华大基因的“时空相机”Stereo-seq技术。“这项技术就像给植物发育过程拍电影，记录下每个细胞在何时何地表达哪些基因。通过分析52个不同发育阶段的样本，我们团队绘制了黄瓜花芽的‘细胞谱系图’，发现花托的快速生长源于一种特殊的分生组织活性。”杨学勇说。
此外，研究团队还找到了控制这一过程的“主开关”——KNAT2-like1基因。“这个基因就像汽车的油门，不仅启动花托的早期发育，还持续推动细胞分裂。当关闭这个基因时，黄瓜花托停止生长，雌花变成了类似番茄的两性花，子房也回到了上位状态。”杨学勇说。
“本次研究首次从基因层面解释了下位子房的形成机制，这对葫芦科作物育种具有重要意义。”杨学勇表示，未来有望通过分子设计育种，培育出产量更高、抗逆性更强的新品种，让老百姓的菜篮子更丰富。
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