甜瓜CmUFO基因新突变体表征及其对花器官发育的调控机制研究

本研究针对甜瓜花器官发育异常影响果实形成的农业难题，通过EMS诱变筛选获得mt116突变体，结合MutMap+定位和CRISPR/Cas9验证，发现CmUFO基因D229N突变导致花瓣皱缩、雄蕊缺失等表型。转录组分析揭示B类基因AP3/PI和C类基因AG表达下调，首次阐明CmUFO通过保守的ABC模型调控甜瓜花发育的分子机制，为作物遗传改良提供新靶点。

　　

在农业生产中，甜瓜作为重要园艺作物，其产量与花器官正常发育密切相关。然而，关于甜瓜花发育的分子机制，特别是UFO基因的调控功能仍存在认知空白。青岛农业大学园艺学院的研究团队在《Horticultural Plant Journal》发表的研究，通过创新性的遗传学与分子生物学方法，揭示了CmUFO基因在甜瓜花器官发育中的关键作用。

研究始于对EMS诱变库的筛选，发现mt116突变体表现出叶片锯齿加深、花萼叶化、花瓣皱缩及雄蕊完全缺失的独特表型。通过经典的孟德尔遗传分析，确认该性状由单隐性基因控制。研究人员突破性地采用MutMap+技术（一种无需回交的突变定位方法），结合dCAPS标记验证，将候选基因锁定在12号染色体上的CmUFO，其第三外显子C→T突变导致蛋白第229位天冬氨酸变为天冬酰胺（D229N）。为验证基因功能，团队设计双靶点CRISPR/Cas9载体，获得CmUFO^CR-1和CmUFO^CR-2两个编辑株系，其花器官缺陷表型与mt116高度一致，确证了CmUFO的功能丧失效应。

3.1 表型分析
通过石蜡切片技术追踪发育过程，发现突变体花器官异常始于第7阶段：野生型雄花在此阶段形成花药原基，而mt116的雌蕊区域异常突起；两性花中雌蕊发育迟缓且柱头畸形。这种时空特异性缺陷暗示CmUFO在花发育中期发挥关键作用。

3.2 遗传定位
利用M4分离群体（97正常:31突变）进行全基因组测序，通过ΔSNP-index分析将候选区间缩小至12号染色体24.63-25.83 Mb，其中SNP12G24902651与表型完全共分离。

3.3 基因功能验证
CRISPR编辑株系出现花萼叶化、雄蕊缺失等典型表型，但有趣的是未出现黄瓜UFO突变体特有的卷须叶化现象，提示瓜类作物中UFO功能存在物种特异性分化。

3.4 转录调控网络
RNA-seq分析发现：在茎尖组织中，花发育相关通路基因显著下调，包括B类基因AP3/PI（调控花瓣雄蕊发育）、C类基因AG（调控雄蕊心皮发育）及分生组织维持基因WUS；而在两性花中，传递组织相关基因WIP2/NTT表达降低，这与后期观察到的柱头萎蔫、果实开裂表型相符。值得注意的是，AP1和UFO本身在突变体中表达上调，这与拟南芥中的调控模式相反，暗示甜瓜可能存在独特的反馈调节机制。

这项研究首次系统解析了CmUFO在甜瓜花发育中的双重功能：既通过保守的ABC模型调控花瓣雄蕊形成，又参与雌蕊形态建成。发现的D229N突变位点位于蛋白高度保守区，为分子育种提供了精准编辑靶点。研究还揭示了瓜类作物UFO功能分化现象——甜瓜CmUFO不参与卷须发育，这与黄瓜CsUFO功能形成鲜明对比，为研究基因功能进化提供了新视角。该成果不仅丰富了植物花发育理论体系，更为甜瓜分子设计育种奠定了重要基础。