The calcium-dependent protein kinase CmaCPK4 regulates sex determination in pumpkin (Cucurbita maxima D.)

黄瓜 生物 大南瓜 数量性状位点 葫芦 大块分离分析 基因座(遗传学) 植物生殖形态学 人口 遗传学 基因 植物 分子生物学 基因定位 染色体 人口学 社会学
作者
Chaojie Wang,Yunli Wang,Guichao Wang,Ke Zhang,Zhe Liu,Xiaopeng Li,Wenlong Xu,Zheng Li,Shuping Qu
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae666
摘要

Abstract Pumpkin (Cucurbita maxima D.) is typically monoecious with individual male and female flowers, and its yield is associated with the degree of femaleness, i.e. the ratio of female to male flowers produced by the plant. Subgynoecy represents a sex form with a high degree of femaleness, but the regulatory mechanisms in pumpkin remain poorly understood. In this study, using the F2 population crossed from the subgynoecious line 2013-12 and the monoecious line 9-6, we initially identified a recessive locus to control the subgynoecious trait, and named it sg1. After bulked segregant analysis with whole-genome resequencing (BSA-seq) and molecular marker linkage analysis, the sg1 locus was mapped to pumpkin chromosome 2. Genetic sequence analysis found a pumpkin calcium-dependent protein kinase (CPK) gene, CmaCPK4, in the mapping interval as the candidate gene. A retrotransposon insertion identified within the promoter elevated CmaCPK4 expression in 2013-12. Morphological characterization of near-isogenic lines (NILs) containing the sg1 allele showed increases in the ratio of female flowers and high ethylene contents in terminal buds compared to the receptor parent. Heterologous overexpression of CmaCPK4 significantly increased the ratio of female flowers in cucumber (Cucumis sativus). Furthermore, CmaCPK4 directly interacts with and phosphorylates 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 5 (CmaACS5) and 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase 7 (CmaACS7), resulting in increased ethylene content in 2013-12, which affected pumpkin sex determination. These findings provide insights into the role of the CmaCPK4-CmaACS5/CmaACS7 module in ethylene-induced sex determination in pumpkin.
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