甜瓜（Cucumis melo L.）是葫蘆科重要經濟作物，坐果劑氯吡脲（CPPU）使用不當、逆境等因素經常會導致果實出現苦味，嚴重影響果實品質，成為甜瓜生產中的一大難題。甜瓜苦味由三萜類化合物葫蘆素B引起，葫蘆素B的生物合成受多種轉錄因子調控，但其在甜瓜不同組織中的合成調控機制尚不明確。

近日，青島農業大學園藝學院張忠華/張慧敏團隊在Plant Physiology上在線發表了題為“CmBt and CmBr synergistically regulate cucurbitacin B biosynthesis in melon”的研究論文，揭示了CmBt與CmBr基因組織特異性調控甜瓜苦味物質葫蘆素B積累的機制，并基于該分子靶點創制了果實無苦味的甜瓜育種新材料。

前期研究發現，黃瓜中一個苦味調控基因簇中CsBl和CsBt，分別在葉片和果實中調控苦味的合成（Shang et al., 2014，Science，張慧敏為共同第一作者）。在甜瓜中，CmBt與CmBr是該同源基因簇內調控苦味的同源基因（Zhou et al., 2016，Nature Plants），其中CmBr基因是響應CPPU調控果實苦味的關鍵基因（Wang et al., 2024，Plant Biotechnology Journal，通訊作者），但CmBt與CmBr的組織特異性調控機制及二者之間的相互關系尚未完全闡明。

該研究進一步分析了Cmbr突變體，發現CmBr不僅是果實中響應CPPU調控葫蘆素B合成的關鍵基因，而且主要在果實和根系中調控葫蘆素B的合成。同時，利用CRISPR/Cas9敲除CmBt基因，獲得了兩個突變體Cmbt-18和Cmbt-19，突變體中葉片苦味消失，葫蘆素B幾乎檢測不到；果實和根系中葫蘆素B含量也略有下降，表明CmBt主要調控葉片中苦味物質葫蘆素B的積累，并在果實苦味調控中發揮一定作用，其功能與黃瓜中的CsBl具有保守性。由此，研究團隊提出了CmBt與CmBr組織特異性調控苦味物質葫蘆素B積累的機制：CmBt主要調控葉片的葫蘆素B合成，CmBr主要調控果實和根系的葫蘆素B合成。CmBt與CmBr基因簇能夠協同激活葫蘆素B關鍵合成基因CmBi的表達，從而促進葫蘆素B的生物合成。

圖1 CmBt和CmBr調控甜瓜葫蘆素B合成的模型圖

為了揭示CmBt-CmBr基因簇在無苦味育種中的應用潛力，該研究利用高濃度CPPU處理野生型（WT）、Cmbt-18單突變體和CmbtCmbr雙突變體，其中WT成熟果實苦果率高達58.57%，Cmbt-18單突變體降至27.27%，而CmbtCmbr雙突變體可完全消除CPPU誘導的果實苦味，且不影響甜瓜的單果重、果形及可溶性固形物等商品品質。由此成功創制出果實無苦味的甜瓜新種質。

圖2 CmbtCmbr雙突變體的果實苦味及其他重要農藝性狀表型

青島農業大學園藝學院碩士研究生王詩淇、趙雪、王新如和中國農業大學博士研究生王明艷為論文第一作者，青島農業大學園藝學院張忠華教授、張慧敏副教授為論文通訊作者。青島農業大學園藝學院程斐教授，中國農業科學院深圳基因組研究所博士后許愿超，華中農業大學園藝林學學院楊麗副教授，中國農業科學院蔬菜所孫進京、王深浩研究員以及團隊成員劉小鳳、呂丙盛、柴森和徐奎鵬等對該研究提供了重要的指導。該研究得到了國家自然科學基金重點項目和面上項目，山東省人民政府“泰山學者”基金及山東省自然科學基金的資助支持。

參考文獻

Wang, S., Zhao, X., Wang, X., Wang, M., Wang, C., Liu, M., Zhu, Y., Liu, T., Wang, Y., Chen, X., Xu, Y., Cheng, F., Che, X., Liu, X., Lv, B., Chai, S., Xu, K., Zhang, Z., Zhang, H. (2026). CmBt and CmBr synergistically regulate cucurbitacin B biosynthesis in melon. Plant Physiology, kiag294.

Wang, M., Jiang, N., Xu, Y., Chen, X., Wang, C., Wang, C., Wang, S., Xu, K., Chai, S., Yu, Q., Zhang, Z., Zhang, H. (2024). CmBr confers fruit bitterness under CPPU treatment in melon. Plant Biotechnology Journal 22, 2724-2737.

Shang, Y., Ma, Y., Zhou, Y., Zhang, H., Duan, L., Chen, H., Zeng, J., Zhou, Q., Wang, S., Gu, W. (2014). Biosynthesis, regulation, and domestication of bitterness in cucumber. Science 346, 1084-1088.

Zhou, Y., Ma, Y., Zeng, J., Duan, L., Xue, X., Wang, H., Lin, T., Liu, Z., Zeng, K., Zhong, Y. (2016). Convergence and divergence of bitterness biosynthesis and regulation in Cucurbitaceae. Nature Plants 2, 1-8.

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiag294