近日，蔬菜所在園藝學經典期刊Horticultural Plant Journal（中科院農林科學一區top，IF=6.2）上發表了題為“Genome-wide identification of the GDSL esterase/lipase gene family in cucumber and functional characterization of CsGELP57 in fruit cuticle development”的letter論文。蔬菜所博士後翟許玲為論文第一作者，江彪研究員為論文通訊作者。

　　極端環境條件，如溫度波動、幹旱和病原體侵襲，會顯著影響植物的生長、發育和產量。為應對這些脅迫，植物進化出複雜的酶係統，其中GDSL酯酶/脂酶蛋白（GELPs）發揮著至關重要的作用。這些蛋白以保守的GDSL基序和四個關鍵氨基酸（絲氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和組氨酸）為特征，在脂質代謝、細胞壁修飾以及脅迫響應中展現出多樣的催化功能。GELPs的核心功能之一是參與植物角質層的生物合成，該結構作為覆蓋植物地上器官的保護性脂質屏障，能增強植株對環境脅迫的耐受性，並提升果實品質，如改善采後保水性和機械強度。在擬南芥和番茄等模式植物中，GELPs在發育和脅迫適應中的作用已被深入研究。然而，在黃瓜中，GELPs的基本信息及其在果實角質層發育中的潛在作用仍鮮為人知。

　　黃瓜是重要的葫蘆科蔬菜，角質層可以顯著影響果實的商品外觀和貨架期等性狀。但目前，黃瓜果實角質層發育的分子機製尚不明晰，特別是GELP基因家族在其中的調控作用尚未得到充分闡明。本研究旨在通過全基因組分析鑒定黃瓜GELP基因家族，並整合基因進化、表達模式、功能驗證以及分子對接等方法，深入探討關鍵基因CsGELP57在果實角質層形成中的功能和作用機製。

　　本研究通過全基因組分析共鑒定出75個CsGELP基因，這些基因分布於7條染色體上，主要通過串聯重複擴增，係統進化分析將它們分為5個亞家族。保守基序分析顯示，97%的CsGELP蛋白含有Lipase_GDSL結構域。啟動子分析共鑒定出2378個順式作用元件，主要涉及脅迫響應、光響應和激素響應。表達譜分析顯示，CsGELP基因在根、莖、葉、卷須、雄花、果肉和果皮等組織中差異表達，其中VI組的18個基因主要在果皮中高表達（圖1, B）。

　　研究進一步聚焦於果皮特異表達的CsGELP57基因（與擬南芥OSP1同源），其表達水平隨果實發育進程逐漸升高，與角質層加厚同步。過表達CsGELP57的轉基因黃瓜果實外觀趨於暗淡、角質層顯著加厚、表皮蠟質沉積增多，果實保水性和抗機械擠壓能力顯著增強（圖1, C-H）。亞細胞定位實驗證實CsGELP57定位於細胞外空間（圖1, I）；分子對接模擬進一步顯示，其通過保守催化三聯體與角質層前體物質（如棕櫚酰-CoA和10,16-二羥基棕櫚酸）結合（圖1, J-K），暗示其可能作為酰基轉移酶或水解酶，促進角質和蠟質的生物合成。

　　該研究首次構建了黃瓜GELP基因家族的全麵數據集，並明確闡釋了CsGELP57在調控果實角質層發育中的關鍵生物學功能。過表達該基因，可顯著提升黃瓜果實的保水性和抗壓性，這為改善果實品質的育種工作提供了有效基因資源，具有實際應用價值。

　　該研究獲得國家自然科學基金-青年基金（32402580）、廣東省科技計劃項目（2023A0505090005）和必威betways 現代種業創新能力提升項目的聯合資助。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.06.010

　　圖1 黃瓜GDSL酯酶/脂酶基因的全基因組鑒定及CsGELP57在果實角質層發育中的功能表征