CsLOX通过茉莉酸合成途径调控黄瓜腺毛发育的分子机制研究

本研究针对黄瓜(Cucumis sativus L.)腺毛(GTs)发育调控机制不明的问题，通过转录组筛选发现CsLOX(CsaV3_4G023810)在GTs中高表达。利用VIGS、CRISPR-Cas9基因编辑和过表达技术证实CsLOX通过茉莉酸(JA)合成途径正向调控GTs密度，LC-MS/MS检测显示JA和OPDA含量与GTs发育呈正相关。该研究首次揭示LOX家族13型成员在GTs发育中的功能，为作物抗性育种提供新靶点。

　　

在植物与环境的长期博弈中，表皮特化结构——毛状体（trichome）进化出了精妙的防御策略。其中具有分泌功能的腺毛（glandular trichomes, GTs）如同微型化工厂，能合成芸香苷、青蒿素等次生代谢物，直接影响作物的经济价值和抗逆性。黄瓜作为全球重要蔬菜作物，其果实表面的GTs密度与商品性密切相关，然而调控GTs发育的关键基因网络仍存在大量空白。更令人困惑的是，尽管已知脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）家族参与芳香物质合成，但其在GTs发育中的功能始终成谜。

中国农业大学园艺学院的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，首次揭示了CsLOX通过茉莉酸（jasmonate）合成途径调控黄瓜GTs发育的分子机制。研究人员采用多组学联用策略：通过转录组数据筛选获得GTs富集基因CsLOX；利用改良的烟草环斑病毒载体（TRSV）进行病毒诱导基因沉默（VIGS）；构建CRISPR-Cas9基因编辑载体获得cslox突变体；通过农杆菌介导的遗传转化获得过表达株系；结合扫描电镜（SEM）进行GTs表型观测；采用LC-MS/MS定量茉莉酸途径关键代谢物（JA、OPDA、MeJA）；最后通过启动子元件分析和qPCR验证潜在调控网络。

研究结果部分：

3.1 转录组筛选与VIGS验证

通过共表达分析从711个多细胞毛状体相关基因（MTRGs）和281个GTs富集基因中锁定CsLOX。VIGS实验显示TRSV::CsLOX植株GTs密度降低60%，而外源施加50 μM MeJA使果实GTs密度倍增，同时CsLOX表达量显著上调。

3.2 表达模式与进化分析

系统发育分析表明CsLOX属于13-LOX亚家族，与参与芳香物质合成的9-LOX成员（如CsaV3_6G038170）功能分化。亚细胞定位证实CsLOX定位于质体，qPCR显示其在含GTs丰富的子房和叶片中高表达。

3.3 基因编辑与代谢调控

获得的cslox#1和cslox#2突变体分别出现2bp缺失和移码突变，导致GTs密度降低50%以上。LOX抑制剂处理使野生型GTs减少更显著（60%），暗示存在功能冗余的LOXs。外源MeJA可恢复突变体GTs密度，LC-MS/MS检测显示JA和OPDA含量变化与GTs表型一致。

3.4 潜在调控网络

启动子分析发现CsGCR1、CsGCR2和CsTOE1B1等候选基因含有MeJA响应元件TGACG-motif。qPCR显示CsGCR1表达与GTs密度负相关，而CsGCR2和CsTOE1B1呈正相关，可能构成反馈调控环路。

3.5 过表达验证

过表达株系OE#2和OE#5中CsLOX表达量提升3-3.5倍，叶片GTs密度相应增加20%-35%，进一步证实其正向调控作用。

讨论与结论：

该研究构建了"CsLOX-茉莉酸-GTs发育"的调控模型：CsLOX通过催化JA合成影响CsGCR1/CsGCR2/CsTOE1B1等基因表达，进而决定GTs密度。这一发现不仅拓展了LOX家族的功能认知（从芳香物质合成到形态建制的双重角色），更为重要作物抗性育种提供了分子靶点——通过调控CsLOX表达可能同步提升黄瓜抗病性和商品性。未来研究需解析CsLOX上游转录调控机制，并验证GTs密度变化与具体抗逆性状的定量关系。

（注：全文严格依据原文数据，所有专业术语首次出现均标注英文缩写，技术方法描述控制在250字内，研究结果部分保留原文小标题并提炼核心结论）