在国家自然科学基金等项目的资助下，广东省农业科学院蔬菜研究所研究员江彪团队在黄瓜果皮角质层发育研究领域取得重要进展，首次成功构建了黄瓜GELP基因家族的全面数据集。相关成果近日发表于《园艺植物杂志》（Horticultural Plant Journal）。

极端环境条件，如温度剧烈波动、长期干旱以及病原体侵袭，会显著干扰植物的生长发育进程，并导致产量下降。为有效应对这些胁迫，植物在漫长的进化过程中形成了一套复杂而精妙的酶系统，其中GDSL酯酶/脂酶蛋白（GELPs）扮演着不可或缺的角色。

黄瓜GDSL酯酶/脂酶基因的全基因组鉴定及CsGELP57在果实角质层发育中的功能表征。研究团队供图

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GELPs以保守的GDSL基序和四个关键氨基酸（丝氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和组氨酸）为特征，在脂质代谢、细胞壁修饰以及胁迫响应等多项生理过程中表现出多样化的催化功能。GELPs的核心功能之一是深度参与植物角质层的生物合成。角质层作为覆盖在植物地上器官表面的一层保护性脂质屏障，不仅能够显著增强植株对各类环境胁迫的耐受性，还在提升果实品质方面发挥着关键作用，例如改善果实采后的保水性，增强其机械强度，延长货架期等。

此前，在拟南芥和番茄等模式植物中，GELPs在植物发育和胁迫适应过程中的作用已得到广泛而深入的研究。然而，在黄瓜这一重要葫芦科蔬菜中，GELPs的基本信息及其在果实角质层发育中的潜在作用仍缺乏系统认识，这制约了黄瓜品质改良和抗逆育种的进展。论文第一作者、广东省农业科学院蔬菜研究所博士后翟许玲表示，该研究旨在通过全基因组分析鉴定黄瓜GELP基因家族，并整合基因进化、表达模式、功能验证以及分子对接等方法，深入探讨关键基因CsGELP57在果实角质层形成中的功能和作用机制。

该研究通过全基因组分析共鉴定出75个CsGELP基因，这些基因分布于7条染色体上，主要通过串联重复扩增，系统进化分析将它们分为5个亚家族。保守基序分析显示，97%的CsGELP蛋白含有Lipase_-GDSL结构域。启动子分析共鉴定出2378个顺式作用元件，主要涉及胁迫响应、光响应和激素响应。表达谱分析显示，CsGELP基因在根、茎、叶、卷须、雄花、果肉和果皮等组织中差异表达，其中VI组的18个基因主要在果皮中高表达。

研究进一步聚焦于果皮特异表达的CsGELP57基因，其表达水平随果实发育进程逐渐升高，与角质层加厚同步。过表达CsGELP57的转基因黄瓜果实外观趋于暗淡、角质层显著加厚、表皮蜡质沉积增多，果实保水性和抗机械挤压能力显著增强。亚细胞定位实验证实CsGELP57定位于细胞外空间；分子对接模拟进一步显示，其通过保守催化三联体与角质层前体物质结合，暗示其可能作为酰基转移酶或水解酶，促进角质和蜡质的生物合成。

该研究首次构建了黄瓜GELP基因家族的全面数据集，并深入阐释了CsGELP57基因在调控果实角质层发育中的关键生物学功能。通过过表达CsGELP57基因，能够显著提升黄瓜果实的保水性和抗压性，这一发现为改善果实品质的育种工作提供了有效的基因资源。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.06.010