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扬州大学科研团队破译巨型南瓜基因密码

科技日报记者 过国忠 通讯员 虞璐 张雨欣

扬州大学科研团队破译巨型南瓜基因密码

团队开展实验探究南瓜“膨大”的秘密。张琼供图

不到5月,扬州大学日光温室内的巨型南瓜的花朵已陆续开放。

“这些天,我们团队正抓紧开展人工授粉工作。”正在忙碌的扬州大学园艺园林学院园艺专业的本科生陈晨说,“目前,正是南瓜整枝、理蔓、定果等植株调整工作的关键期,希望这一季能种出更大的南瓜。”

据介绍,该团队在缪旻珉教授的指导下,历经三年,首次揭示了巨型南瓜独特的果实膨大机制,为南瓜果实大小性状选育相关工作、促进南瓜果实增大提供了重要的科学依据,并采用现代栽培技术,种出的南瓜达366斤。

去年,该团队相关研究成果获得全国大学生生命科学竞赛一等奖。

扬州大学科研团队破译巨型南瓜基因密码

团队培育的巨型南瓜。张琼供图

“3年来,我们通过课堂学习,了解了巨型南瓜的存在,但是目前学术界有关巨型南瓜生长机理的研究文献很少见。那么,巨型南瓜是否有生长极限?是什么机制促使南瓜果实这么大?可食用南瓜的最大生长值究竟是多少?这些问题都是值得研究的课题。”陈晨说。

为了解开这些疑惑,陈晨和几个志同道合的小伙伴一拍即合,踏上了研究巨型南瓜的艰辛之路。

缪旻珉介绍,目前,常用作栽培比赛或展览的巨型南瓜品种名叫大西洋巨型南瓜,由小南瓜选育而来。因此,巨型南瓜的“祖先”是小南瓜。

如何选育出巨型南瓜?

该科研团队首先从解剖学形态、植物生理方面,对巨型南瓜的果实和小南瓜进行了差异对比,并通过系统研究发现,巨型南瓜的叶片光合指标、果柄粗度、韧皮部维管束数量和果实ɑ-半乳糖苷酶活性等相关指标均显著上升,导致巨型南瓜的同化物运输速度非同一般,大量的同化物快速积累使得果实膨大速度远高于小果品种。

在此基础上,该团队开始了更加细致入微的探究,通过杂交大西洋巨型南瓜和小南瓜,发现在子一代果实上开始存在超亲分离现象,并不断延续下去,这表明有多个基因在控制着果实的大小。

“我们师生科研团队立刻进行南瓜全基因组重测序工作,构建了高密度遗传图谱,共筛选出13个候选基因,并获得了4个与果实大小相关的分子标记。其中,借助候选基因表达和功能分析,还发现植物激素相关基因影响果实膨大,2个基因分别控制生长素和油菜素内酯这两种植物激素。”缪旻珉说。

据了解,在对基因重点比对和试验后,该团队最终得出结论,植物激素的合成与信号转导的转变是促进果实膨胀的关键。与此同时,该科研团队开发出分子标记方法可用于果实大小的辅助育种,并总结出一种促进巨型南瓜果实增大的有效方法。

扬州大学科研团队破译巨型南瓜基因密码

团队正在开展巨型南瓜植株调整工作。张琼供图

目前,相关研究成果已申请2项发明专利,并在国际相关学术刊物发表研究论文4篇。

“科研过程远比看到的艰辛,但看着南瓜从一颗小小的种子,长成巨大果实,真的太奇妙了!”陈晨说,尽管当初实验看不到头、论文也屡次被拒后,但团队人员没人放弃。

近年来,该团队还与扬州地恩生态农业科技有限公司联合开展技术推广,指导该公司培育的巨型南瓜单果重量平均增加46.5%,3年累计推广应用面积达300亩,增收近600万元。

值得一提的是,该团队选育种植的巨型南瓜果型巨大,瓜造型各异,有的可供食用,有的以观赏为主,已成为当地休闲观光农业的“宠儿”。

“未来我们团队将进一步攻克难关,希望早日解开巨型南瓜的全部‘奥秘’,培育出更多可食用、口感好的巨型南瓜,为乡村产业振兴贡献智慧和力量。”陈晨说。