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基因是决议生物性状的重要遗传物质基础，但修改操作基因编码区域常常带来其它性状改动，约束了基因在生物育种中的使用。准确操控基因在特定时刻和特定方位表达可精准操控性状的改动，故非编码区域的调控元件是调控基因特异时空表达的要害元素，是微调基因表达和创立定制表型的抱负育种靶标，也是近年来世界生物育种范畴研讨的热门和难点。
葫芦科包含许多重要的经济物种，如黄瓜、甜瓜、西瓜、冬瓜、南瓜和苦瓜等，这些物种的果实都为瓠果，由下位子房发育而来，在形状建成中具有类似的生物学进程，因而果实发育应该也有一起的基因和调控元件决议。已有研讨标明，葫芦科瓜类物种具有功用保存的同源基因能够影响果实发育，可是不是真的存在功用保存的调控元件操控果实发育鲜有报导，也约束了已发现基因的育种使用。
研讨人员首要对6个葫芦科物种（黄瓜、甜瓜、西瓜、葫芦、冬瓜和南瓜）、3个蔷薇科物种（苹果、梨）、1个茄科物种（西红柿）和形式物种拟南芥全基因组进行了体系的比较基因组剖析，判定了39万个保存的非编码区调控元件序列区域，其间8万个为葫芦科特有，或许调控葫芦科物种的特异性状（图1），这为研讨果实发育和葫芦科特异性状供给了候选的调控元件序列区域。
葫芦科作物果实发育一般都阅历两个时期：细胞快速割裂期和细胞快速膨大期，针对这2个发育时期和果实的2个要害部位（心腔和果肉），研讨人员使用ATAC-seq技能体系剖析了6个葫芦科物种（黄瓜、甜瓜、西瓜、葫芦、冬瓜和南瓜）的染色质敞开区域（潜在的调控元件）和基因表达谱，在每个样品中判定到2-4万个染色质敞开区域和或许调控的基因，这些可作为研讨葫芦科果实发育的重要资源。此外，发现作为潜在调控元件的染色质敞开区域在葫芦科物种间有着十分强的保存性，黄瓜样品检测到4.7万个染色质敞开区域，其间1.9万（40%）个都归于葫芦科物种间的保存序列，这为研讨调控元件的演化供给了新的信息。
进一步经过对保存非编码区域和染色质敞开区域的归纳剖析，提醒了4431个6个葫芦科物种共有的共线性同源保存调控元件，其间1687个为葫芦科特异，其或许调控邻近的757个共有同源基因的表达，这些应该是葫芦科物种共有的调控瓠果发育的要害调控元件和基因。
在1687个葫芦科特异性的保存调控元件中，随机挑选了2个在黄瓜中进行了CRISPR基因修改骤变，发现两个骤变都导致果实形状的显着改动，而且别离调控了邻近NAC1和EXT-like基因的表达形式改动，证明了发现的保存调控元件可调控葫芦科物种的果实发育（图2）。此外，NAC1基因已知是操控果实老练的明星转录因子基因，该试验榜首次发现还能操控果实发育，为该基因的新功用供给了依据。
中国农业科学院蔬菜花卉研讨所已结业博士研讨生辛红佳、已结业博士研讨生刘欣、青岛农业大学柴森副教授、中国农业科学院蔬菜花卉研讨所杨学勇研讨员为文章的一起榜首作者，中国农业科学院作物科学研讨所路则府研讨员、新疆农业科学院刘斌研讨员等供给了协助，青岛农业大学张忠华教授为独立通讯作者，青岛农业大学是独立通讯作者单位。研讨得到了国家自然科学基金杰青和重点项目、国家高层次人才专项支撑方案、山东省人民政府“泰山学者”基金的赞助。
