An ACC Oxidase Gene Essential for Cucumber Carpel Development

生物 雌蕊 基因 遗传学 植物生殖形态学 基因座(遗传学) 转录因子 甜瓜 拟南芥 雄蕊 植物 突变体 园艺 花粉
作者
Huiming Chen,Jinjing Sun,Shuai Li,Qingzhi Cui,Huimin Zhang,Fengjiao Xin,Huaisong Wang,Lin Tao,Dongli Gao,Shenhao Wang,Xia Li,Donghui Wang,Zhonghua Zhang,Zhihong Xu,Sanwen Huang
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:9 (9): 1315-1327 被引量:112
标识
DOI:10.1016/j.molp.2016.06.018
摘要

Sex determination in plants gives rise to unisexual flowers that facilitate outcrossing and enhance genetic diversity. In cucumber and melon, ethylene promotes carpel development and arrests stamen development. Five sex-determination genes have been identified, including four encoding 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) synthase that catalyzes the rate-limiting step in ethylene biosynthesis, and a transcription factor gene CmWIP1 that corresponds to the Mendelian locus gynoecious in melon and is a negative regulator of femaleness. ACC oxidase (ACO) converts ACC into ethylene; however, it remains elusive which ACO gene in the cucumber genome is critical for sex determination and how CmWIP1 represses development of female flowers. In this study, we discovered that mutation in an ACO gene, CsACO2, confers androecy in cucumber that bears only male flowers. The mutation disrupts the enzymatic activity of CsACO2, resulting in 50% less ethylene emission from shoot tips. CsACO2 was expressed in the carpel primordia and its expression overlapped with that of CsACS11 in female flowers at key stages for sex determination, presumably providing sufficient ethylene required for proper CsACS2 expression. CmACO3, the ortholog of CsACO2, showed a similar expression pattern in the carpel region, suggesting a conserved function of CsACO2/CmACO3. We demonstrated that CsWIP1, the ortholog of CmWIP1, could directly bind the promoter of CsACO2 and repress its expression. Taken together, we propose a presumably conserved regulatory module consisting of WIP1 transcription factor and ACO controls unisexual flower development in cucumber and melon.
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