《Scientia Horticulturae》：A single nucleotide polymorphism in EXECUTER 1 is a strong candidate locus for the leaf color variation in sponge gourd
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作为关键农艺性状，叶色与植物光合效率密切相关。本研究以具明显表型差异的两个亲本衍生的F2分离群体为材料，利用混池分离分析（Bulked Segregant Analysis，BSA）将控制叶色的候选区域定位于第8号染色体上一段4.89 Mb的区间。进一步结合重
作为关键农艺性状，叶色与植物光合效率密切相关。本研究以具明显表型差异的两个亲本衍生的F2分离群体为材料，利用混池分离分析（Bulked Segregant Analysis，BSA）将控制叶色的候选区域定位于第8号染色体上一段4.89 Mb的区间。进一步结合重测序与精细定位分析，在EXECUTER 1（EX1，Lcy08g000630）基因外显子区鉴定到一个非同义单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）变异。研究人员通过拟南芥（Arabidopsis thaliana）同源基因突变体验证了其功能，证实该基因参与叶色变异调控并对光合性能有显著影响。此外，基于该SNP开发的功能分子标记在F2群体中与该叶色性状严格共分离。本研究揭示了丝瓜果色变异的分子基础，为以改良光合性状为目标的分子标记辅助育种（Marker-Assisted Selection，MAS）奠定了基础。
《Scientia Horticulturae》刊载论文解读——丝瓜叶色变异的遗传基础与EXECUTER 1基因功能鉴定
研究背景与立题依据
叶色是植物光合作用器官——叶片的重要农艺性状，直接反映叶绿素含量及光合效率，也可作为作物生长状况与抗逆性的指示指标。目前已在白菜、甘蓝、小麦等多种作物中克隆到叶色相关基因，但在重要经济作物丝瓜（Luffa cylindrica）中，叶色变异的遗传机制尚不清楚。丝瓜生产中观察到绿色与绿白（green-white）两种稳定遗传的叶色类型，其中绿白叶在高光高温条件下表型更显著且伴随叶绿素含量下降。明确该性状的遗传基础，对丝瓜光合性状改良及标记辅助育种具有重要意义。因此研究人员以绿色叶自交系G和绿白叶自交系GW为亲本构建F2分离群体，开展叶色基因定位与功能研究。
主要关键技术方法
研究人员选用实验室保存的高代自交纯合绿色叶（G）与绿白叶（GW）丝瓜亲本，杂交获得F1并自交构建F2分离群体（n=441）。取F2中25株典型绿叶个体和25株绿白叶个体分别构建混池（G-pool与GW-pool），进行全基因组重测序；采用混池分离分析（Bulked Segregant Analysis，BSA）结合SNP-index算法初定位候选区间；设计竞争性等位特异性PCR（Kompetitive Allele Specific PCR，KASP）标记对F2群体进行基因分型并开展精细定位；通过cDNA克隆比对亲本间候选基因EXECUTER 1（EX1，Lcy08g000630）外显子SNP位点，开发功能性KASP标记验证共分离；利用拟南芥ex1（AT4G33630） T-DNA插入纯合突变体，在三引物PCR鉴定基因型基础上，观察高温高光处理下表型并测定叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量以进行功能验证。
研究结果
3.1. Phenotypic identification of color variations in sponge gourd leaves（丝瓜果色变异的表型鉴定）
正反交F1叶色与绿色亲本G一致，正常条件下两亲本叶色差异不明显，但在模拟高温（30–38℃）高光（14 h光照/10 h黑暗）条件下GW表现出明显绿白叶色。F2群体441株中，绿叶326株、绿白叶115株，符合3:1分离比（χ2=0.273＜3.84），经卡方检验符合单对隐性基因控制模型，表明绿白叶性状由一对隐性基因控制。
3.2. Identification of differences in chlorophyll content（叶绿素含量差异测定）
丙酮—乙醇浸提法测定亲本G与GW叶绿素含量，结果显示GW的叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著低于G（P＜0.0001），证实绿白叶性状源于叶绿素合成或积累减少。
3.3. Identification of a candidate region on Chr08 controlling the leaf color mutation（第8号染色体上叶色突变候选区域的鉴定）
对双亲及两混池进行Illumina HiSeq? 4000重测序，各样品Q30≥95.19%，比对率98.35%–98.61%，覆盖度＞95.12%。过滤获得2 015 932个SNP，计算G-pool与GW-pool的SNP-index及△(All-index)，以99%置信区间为阈值，将候选区间定位于染色体8（Chr08）：401 770–5 292 436 bp，跨度约4.89 Mb，含388个预测基因。
3.4. Fine mapping of candidate genes for leaf color variation（叶色变异候选基因的精细定位）
在初步候选区间内设计7个初筛标记缩小至M2–M12区段，再开发9个KASP标记对F2重组单体型与表型关联分析，最终将区间精细定位于Chr08：1 000 615–1 116 754 bp（M3–M6间），长度116.14 kb，含11个基因。其中5个基因在外显子区存在非同义SNP，仅Lcy08g000630（同源基因为拟南芥EXECUTER 1，EX1／AT4G33630）注释与叶绿体及叶绿素含量相关，被选为最终候选基因。
3.5. Identification of candidate genes related to green-white leaf（绿白叶相关候选基因的鉴定）
重测序及cDNA克隆比对发现Lcy08g000630第226 bp处存在非同义SNP（亲本G为A，编码赖氨酸Lys；亲本GW为G，编码谷氨酸Glu，致第99位氨基酸由Lys→Glu）。据此开发的KASP标记Lcy08g000630_226bp在F2群体中基因型（A/A、A/G、G/G）与绿叶、分离态、绿白叶表型完全共分离，确认该SNP与性状紧密连锁。
3.6. Functional analysis of the EXECUTER 1 protein (EX1) mutant in Arabidopsis thaliana（拟南芥EX1突变体的功能分析）
高温高光条件下，拟南芥ex1纯合T-DNA插入突变体叶片呈淡绿色，其叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著低于野生型（P＜0.0001），证明EX1基因缺失导致叶绿素含量降低及叶色变浅，与丝瓜中EX1同源基因Lcy08g000630功能一致。
讨论与结论总结
已有研究表明EXECUTER 1（EX1）是叶绿体中单线态氧（1O2）感受器及逆行信号（Retrograde Signaling，RS）传导组分，其DUF3506结构域Trp643氧化可启动FtsH依赖的蛋白降解并诱导核编码胁迫响应基因表达，参与叶绿体发育与PSII修复循环调控。本研究首次在瓜类作物丝瓜中发现EX1同源基因Lcy08g000630外显子非同义SNP（A→G，Lys99Glu）是导致绿白叶性状的强候选因果变异；该变异使高温高光下EX1依赖的1O2感知与PSII修复信号受阻，引起叶绿素含量下降与叶色变浅。基于该SNP开发的共分离KASP标记可用于丝瓜分子标记辅助选择。
Conclusion（结论译文）
本研究通过生物信息学比较两丝瓜亲本基因组序列，在基因Lcy08g000630外显子区鉴定到一个非同义SNP位点，推测其为丝瓜果色变异的关键功能位点。为验证该假设，研究人员分析了拟南芥同源基因突变体功能，并基于此SNP开发分子标记对F2群体进行筛选。结果表明该分子标记与叶色表型及基因型共分离，所鉴定的丝瓜基因Lcy08g000630（同源基因为EX1）通过该信号通路在叶色变异调控中发挥关键作用。上述发现深化了对丝瓜果色形成分子机制的认识，并为以增强光合特性为目标的分子标记辅助育种奠定了坚实基础。
