Ethylene plays a dual role in sex determination and fruit shape in cucurbits

生物 雌蕊 内复制 甜瓜 原基 细胞分裂 遗传学 突变体 基因 雌雄同体 蝴蝶兰 植物 拟南芥 有性生殖 细胞生物学 倍性 雄蕊 细胞 园艺 花粉
作者
Adnane Boualem,Serge Berthet,Ravi Devani,Carlos Camps,Sébastien Fleurier,Halima Morin,Christelle Troadec,Nathalie Giovinazzo,Nebahat Sarı,Catherine Dogimont,Abdelhafid Bendahmane
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:32 (11): 2390-2401.e4 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.cub.2022.04.031
摘要

Shapes of vegetables and fruits are the result of adaptive evolution and human selection. Modules controlling organ shape have been identified. However, little is known about signals coordinating organ development and shape. Here, we describe the characterization of a melon mutation rf1, leading to round fruit. Histological analysis of rf1 flower and fruits revealed fruit shape is determined at flower stage 8, after sex determination and before flower fertilization. Using positional cloning, we identified the causal gene as the monoecy sex determination gene CmACS7, and survey of melon germplasms showed strong association between fruit shape and sexual types. We show that CmACS7-mediated ethylene production in carpel primordia enhances cell expansion and represses cell division, leading to elongated fruit. Cell size is known to rise as a result of endoreduplication. At stage 8 and anthesis, we found no variation in ploidy levels between female and hermaphrodite flowers, ruling out endoreduplication as a factor in fruit shape determination. To pinpoint the gene networks controlling elongated versus round fruit phenotype, we analyzed the transcriptomes of laser capture microdissected carpels of wild-type and rf1 mutant. These high-resolution spatiotemporal gene expression dynamics revealed the implication of two regulatory modules. The first module implicates E2F-DP transcription factors, controlling cell elongation versus cell division. The second module implicates OVATE- and TRM5-related proteins, controlling cell division patterns. Our finding highlights the dual role of ethylene in the inhibition of the stamina development and the elongation of ovary and fruit in cucurbits.
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