西瓜中CIWRKY53-ClBCM/ClSGR模块通过调控叶绿素降解途径控制植物衰老的分子机制

本研究针对西瓜衰老调控机制不明的问题，通过遗传学、分子生物学和多组学技术，首次揭示了CIWRKY53-ClBCM/ClSGR模块通过拮抗调控叶绿素降解途径控制衰老的分子机制。研究人员利用早衰突变体WM103，结合BSA-seq和CRISPR/Cas9技术，鉴定出ClBCM基因功能缺失导致叶绿素降解加速；发现ClWRKY53通过直接抑制ClBCM启动子活性调控衰老进程。该研究为葫芦科作物抗衰老育种提供了新靶点，发表于《Horticulture Research》。

　　

在农业生产中，植物衰老是一把双刃剑——适度延缓衰老可延长光合周期提高产量，而精准诱导衰老则能增强作物抗逆性。然而，作为全球第五大鲜食水果的西瓜，其衰老调控机制研究却长期受限于遗传多样性匮乏。更令人困扰的是，目前仅发现一个早衰突变体"Royal Golden"，其分子机制始终成谜。这一现状严重制约了西瓜品质改良和抗逆育种进程。

为解决这一科学难题，河南农业大学的研究团队以早衰自交系WM103为材料，展开了一场揭开西瓜衰老奥秘的探索之旅。研究人员采用正向遗传学策略，通过构建分离群体结合液体芯片SNP阵列进行BSA-seq初定位，将目标区间缩小至染色体10上83.63 kb区域。借助病毒诱导基因沉默(VIGS)和CRISPR/Cas9基因编辑技术，验证了ClBCM基因的功能。进一步通过酵母单杂交(yeast one-hybrid, Y1H)、双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation, BiFC)和双荧光素酶报告系统(dual-luciferase reporter assay, DLR)等分子互作技术，解析了CIWRKY53-ClBCM/ClSGR调控网络。所有实验均设置生物学重复，数据分析采用DESeq2等标准化流程。

形态特征与遗传分析揭示单基因隐性遗传

WM103表现出独特的发育阶段依赖性表型：幼苗期浅绿，成熟期全株黄化。透射电镜显示其成熟叶片的叶绿体数量减少40%，类囊体膜结构受损。遗传分析发现F₂群体符合3:1分离比，证实早衰由单隐性基因控制。

精细定位锁定ClBCM基因

通过5K液相芯片SNP分析，研究团队将目标区间定位在2 Mb区域，进而利用1373株F₂群体将区间缩小至83.63 kb。序列分析发现Cla97C10G186360存在90 bp缺失，该基因编码含有6个跨膜域的BALANCE OF CHLOROPHYLL METABOLISM(ClBCM)蛋白。系统发育分析显示ClBCM与黄瓜、甜瓜同源蛋白聚为一支，与拟南芥AtBCM1/2功能保守。

功能验证确立ClBCM核心地位

VIGS沉默ClBCM导致西瓜叶片黄化，表达量降至对照的16%。CRISPR构建的CRClBCM突变体出现全株黄化，叶绿素含量降低52%。值得注意的是，黑暗诱导7天后突变体叶绿素降解速率较野生型快30%，证实ClBCM缺失加速衰老进程。

分子互作揭示调控网络

RNA-seq分析发现ClBCM突变体中叶绿素降解基因(ClSGR、ClPPH等)显著上调。BiFC和LCI实验证实ClBCM与ClSGR直接互作，形成拮抗调控模块。更关键的是，研究者发现WRKY家族转录因子ClWRKY53可直接结合ClBCM启动子的P4-1区域(EMSA验证)，将其表达抑制60%(DLR验证)，从而解除对ClSGR的抑制作用。

这项研究首次在西瓜中揭示了"转录因子-效应蛋白-降解酶"三级调控网络：ClWRKY53↑→ClBCM↓→ClSGR↑→叶绿素降解→衰老启动。创建的CRClBCM和CRClSGR材料为西瓜抗衰育种提供了新种质，而发现的ClBCM-ClSGR保守互作模块为其他作物衰老调控研究提供了范式。特别值得注意的是，该研究突破性地将BCM蛋白功能从叶绿素稳态维持拓展到衰老调控领域，为理解植物发育程序转换提供了新视角。论文中建立的液体芯片SNP分型技术也为葫芦科作物基因定位提供了高效解决方案。这些发现对延长果蔬采后保鲜期、提高作物抗逆性具有重要指导价值。