综述：黄瓜精准育种：用于性状改良的CRISPR编辑位点

《Horticultural Plant Journal》：Precision breeding of cucumber: CRISPR-edited loci for trait improvement

　　

黄瓜（Cucumis sativusL.）是全球重要的蔬菜作物。然而，传统育种在性状改良方面受限于效率低、育种周期长等问题。过去五年间，基于CRISPR的基因组编辑技术推动了黄瓜研究的快速发展，为功能基因解析和农艺性状靶向改良提供了精准工具。本综述总结了CRISPR技术在黄瓜研究中的最新策略与代表性应用，重点关注株型、抗逆性、性别分化、单性结实及果实发育等方向。研究人员进一步评估了CRISPR编辑位点在黄瓜精准育种中的应用潜力，同时分析了当前技术局限性与性状整合面临的挑战。最后，本文探讨了未来发展方向，强调优化编辑系统以实现多基因操作，并建立系统性性状评价体系，从而加速从基因挖掘到育种应用的转化进程。

1. 1.
   引言
   作为全球广泛栽培的蔬菜作物，黄瓜以高含水量和营养特性为主要特征。然而，包括驯化、杂交和人工诱导在内的传统育种策略存在效率低、随机性强等局限，难以满足产量与品质的快速改良需求。因此，以基因功能精准调控为核心的育种路径成为黄瓜改良的必然方向。与此同时，黄瓜基因组组装、重测序及泛基因组分析的持续进展，为系统解析基因功能提供了关键基因组资源。转基因技术尚未解决的伦理与生物安全问题，促使研究人员更加关注不引入外源DNA的基因组编辑方法。CRISPR指古菌基因组中成簇的规律间隔短回文重复序列，由前导序列、间隔序列和重复序列组成，其相关功能蛋白为Cas（CRISPR相关）蛋白，二者共同构成CRISPR/Cas系统。人工设计的向导RNA（gRNA）可引导Cas蛋白靶向切割目标DNA双链位点，主要通过非同源末端连接与同源重组修复两条通路介导基因敲入、敲除、单碱基编辑及甲基化修饰等多种基因组编辑方式。已有大量综述详细阐述了CRISPR技术的发展历程与作用机制，其中CRISPR/Cas9在黄瓜研究中应用最为广泛。Cas9介导的编辑通常在靶位点产生随机插入或缺失，破坏原始DNA序列；若突变发生于编码区（CDS），可能引入提前终止密码子，影响翻译及蛋白功能；若发生于启动子或非翻译区，则可能改变目标基因的转录调控模式。近期，基于nCas9（Cas9切口酶）的胞嘧啶碱基编辑系统在黄瓜中成功应用，可在不引入DNA双链断裂的前提下实现精准的C-to-T转换。此外，多gRNA系统已支持高通量基因组编辑与基因家族功能解析。但包括引导编辑和RNA靶向系统在内的多种新兴CRISPR衍生平台尚未在黄瓜中见诸报道。黄瓜育种中的基因组编辑通常以纯合自交系为遗传背景。T₀代编辑植株一般通过Sanger测序鉴定，含有转化过程中引入的Cas蛋白、gRNA及筛选标记基因等转基因元件；随后经自交，在T₁或T₂代进行低成本全基因组重测序，获得无脱靶突变且无残留转基因元件的纯合系。编辑后代的遗传变异源于特定位点的定点突变，遵循经典孟德尔遗传规律，避免了传统诱变育种中常见的随机多基因背景干扰。一旦获得最优编辑事件，目标性状即可快速固定并直接应用于育种程序，无需反复回交。实践中，通常将单个编辑事件分别导入不同的优良亲本自交系（纯合），再通过杂交聚合多个编辑性状，培育高性能品种（杂种优势），显著提升育种效率与预见性。传统育种中，由于遗传连锁的存在，有利与不利性状难以拆分；而基因组编辑可精准修饰连锁区段内的特定基因，不干扰邻近有益基因，从而实现不利连锁的靶向打破与理想基因型的高效组装，这是基因组编辑精准育种区别于传统策略的核心优势。为高效支撑CRISPR技术在功能基因组学与育种中的应用，黄瓜中已建立并优化了基于植物细胞全能性的稳定遗传转化体系，这些进展推动了近五年黄瓜基因功能研究的快速进展，且日益侧重分子机制解析。尽管如此，研究人员仍高度关注哪些已功能表征的基因最适合通过基因组编辑直接用于品种改良。基于此，本综述以育种为导向，系统总结CRISPR在黄瓜株型、抗逆性、性别分化、单性结实及果实发育等领域的核心策略与代表性案例，并探讨当前局限与未来方向，旨在衔接基因挖掘与育种应用，推动黄瓜精准育种发展。
2. 2.
   株型
   株型指地上部植株的空间构型，包括株高、分枝模式、叶面积及叶柄角度等。Donald于1968年提出的“理想株型”概念强调，需构建适配高密度种植的高产株型架构。理想株型研究可提升光能截获与空间资源利用效率，在单位面积产量提升的同时降低土地投入。基因组编辑为黄瓜株型重新设计提供了直接手段，可培育矮化、少/无侧枝卷须、小叶及优化叶柄角度的品种，这类株型特征尤其适合设施集约化栽培，有助于提高单位面积生产力。
   2.1 株高（主茎长度）
   尽管黄瓜在植物学分类上为一年生草本，但其生产以设施垂直生长系统为主。在该系统中，表观株高主要反映主茎长度，因此株高是株型改良的核心靶点。将节间长度和/或节间数降低约10%–30%，可显著提升其对设施栽培的适配性。株高受细胞伸长与分裂相关的植物激素调控，其中赤霉素（GA）与油菜素内酯（BR）发挥关键作用。株高相关基因的鉴定主要依赖矮化突变体——这类突变体表型变化显著，易于栽培中识别。因此，通过操纵GA生物合成与信号通路基因调控株高的研究最为广泛。例如，通过自发突变与遗传定位鉴定的CsIREH1（不完全根毛伸长1），其敲除株系株高降低86%；CsER（ERECTA）敲除株系在成株期株高降低70%以上，节间长度减少34%。但这类基因敲除会严重扰乱正常生长节律，产生极端矮化表型，限制了其育种适用性。相比之下，精细调控调控区域而非完全敲除基因更具育种潜力。研究人员通过对南瓜种质的大规模筛选，鉴定到一个株高低于1.5 m且在商业生产阶段维持正常果实产量的紧凑株型品系，基因定位发现其CmoYABBY1的5’非翻译区存在一个51 bp的保守B区突变，该区域可调控CmoYABBY1蛋白的翻译效率，并通过GA生物合成途径影响株高。利用基因组编辑靶向修饰黄瓜同源基因CsYABBY1的对应B区，获得了系列等位变异，证实缺失长度与株高呈负相关；其中中度突变体（缺失33 bp）株高降低约30%，产量与野生型相当，且因无需落蔓操作，劳动力成本降低54%。与GA通路相比，BR相关基因对株高的影响通常更为温和。ClDUF21（含未知功能域DUF21）通过西瓜T-DNA插入突变体的重测序分析鉴定，可通过ClDWF1（delta(24)-甾醇还原酶）介导的BR通路调控株高；其黄瓜同源基因CsDUF21敲除株表现为矮化，节间长度减少约12%，契合育种目标，具有良好的应用潜力。鉴于功能基因在葫芦科作物中的进化保守性，相关物种的研究发现常可外推至黄瓜。黄瓜为无限生长型，限制分生组织活性是另一种矮化策略。CsCLV2（CLAVATA2）通过与CsCIK1（CLAVATA3不敏感受体激酶1）互作，经由CLAVATA-WUSCHEL信号通路维持分生组织活性；CRISPR/Cas9介导的CsCLV2功能缺失突变会导致茎尖分生组织发育提前终止，伴随株高（约78%）、节间数（约40%）和节间长度（约87%）的大幅降低。由于编辑株系存在过度矮化及茎尖分生组织失控扩增的问题，CsCLV2的应用受到一定限制。综上，黄瓜株高精准育种可优先考虑编辑激素相关基因，包括敲除CsDUF21与微调CsYABBY1的5’非翻译区；而基于分生组织生长限制的策略仍需进一步研究。
   2.2 叶柄角度与叶面积
   在基本株高框架确立后，叶柄角度与叶面积进一步决定黄瓜冠层整体架构。叶柄角度与叶面积适度降低（通常为10%–30%），可优化叶片空间排列，减少相互遮阴，提升密植群体的光能利用效率与养分分配，最终提高产量。与株高调控类似，叶柄角度与叶面积的优化也主要通过激素依赖通路介导，其中生长素通过调控细胞分裂与扩张发挥核心作用。CsIAGLU（吲哚-3-乙酸葡萄糖基转移酶）通过对黄瓜种质资源的重测序数据综合分析鉴定；其敲除导致叶柄基部近轴面吲哚-3-乙酸水平升高，促进细胞扩张，进而增大叶柄角度。此外，拟南芥腋芽起始基因RAXs（REGULATORS OF AXILLARY MERISTEMS）可调控黄瓜叶面积，CsRAXs通过促进CsUGT74E2（UDP-葡萄糖基转移酶）介导的生长素糖基化，降低活性生长素水平，抑制叶片细胞分裂；CsRAXs功能缺失（包括单基因敲除成员1、2、5及双基因敲除1/2、三基因敲除1/2/5）均导致叶片增大、茎秆增粗，且表型强度呈剂量依赖性。但由于CsIAGLU与CsRAXs的功能依赖维持低生长素浓度，其通过敲除策略直接应用于育种仍存在局限。基于突变体的研究还鉴定出经典激素通路之外的调控基因，提供了更具应用潜力的替代靶点。研究人员利用叶柄角度减小的突变体定位到CsHLS1（HOOKLESS 1）；敲除CsHLS1可使叶柄角度与叶面积均降低约26%，其互作蛋白CsSCL28（SCARECROW-LIKE 28）的敲除株系也表现出相似表型。值得注意的是，CsHLS1突变株系铵态氮含量升高，净光合速率增强，褐斑病发病率降低；在每100 m²种植458株的密度下，单株平均果实数增加13.4%，显示出其对高密度栽培的显著适配性。尽管其调控机制仍需深入解析，但这一结果凸显了CsHLS1与CsSCL28在优化叶型架构方面的巨大育种潜力。
   2.3 分枝与卷须
   分枝与卷须均起源于叶腋，其过度发育在黄瓜生产系统中通常不受欢迎。减少这两类器官可降低不必要的养分消耗，减少人工去除的劳动力投入，还能降低机械去除造成的伤口引发的病原菌侵染风险。脱落酸（ABA）积累与腋芽活性的负相关关系已被充分证实，这为抑制侧枝发育提供了以激素为核心的策略。CsAGL16（AGAMOUS-LIKE 16）通过激活ABA分解代谢基因CsCYP707A4（脱落酸8′-羟化酶4）促进分枝发育；因此，敲除CsAGL16可使分枝数与分枝长度均降低约50%，敲除CsCYP707A4也产生类似的分枝表型。后续研究进一步表明，CsAGL16可与CsTIE1（TCP互作含EAR基序蛋白1）互作以增强CsCYP707A4的激活，敲除CsTIE1同样可抑制侧枝生长；但CsAGL16与CsTIE1的敲除会降低抗旱性。除内源激素调控外，环境信号也通过ABA相关通路调控分枝发育。研究表明，遮阴处理通过CsphyB（光敏色素B）介导的光感知抑制黄瓜侧芽生长；CsphyB与CsPIF4（光敏色素互作因子4）互作激活CsBRC1（BRANCHED1），并诱导ABA生物合成基因CsNCED3（9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶）的表达；值得注意的是，敲除CsphyB不影响腋芽起始，但导致侧枝伸长受阻。这些发现阐明了激素与环境信号如何汇聚于ABA代谢以调控分枝架构，表明通过基因组编辑提高ABA水平是减少黄瓜分枝形成的有效策略。卷须是由叶变态而来的攀援器官，减少或消除卷须是优化黄瓜株型的重要目标。CsTL（tendril-less）通过无卷须突变体鉴定为卷须发育的关键调控因子；敲除CsTL可有效抑制卷须形成，且不影响分枝起始。机制上，CsTL与CsTEN（tendril）物理互作，并增强CsUFO（unusual floral organs）的表达以促进卷须发育；CsTEN敲除株系叶腋处无法形成卷须。此外，CsTL的拟南芥同源基因AtLAS（LATERAL SUPPRESSOR）位于AtREV（REVOLUTA）上游调控拟南芥分枝；而在黄瓜中，敲除CsREV抑制分枝形成，但对卷须起始无明显影响，证明CsTL对卷须的调控独立于CsREV，且不干扰分枝生长；相反，CsREV仍保留着控制茎分枝而非卷须形成的保守功能。这些结果表明，联合操控CsTL与CsREV有望创制同时缺失卷须与侧枝的新种质。综上，CsYABBY1与CsDUF21是适合通过CRISPR敲除实现适度株高降低的靶点；CsHLS1与CsSCL28可用于减小叶柄角度；CsHLS1、CsSCL28与CsDUF21可用于缩小叶面积；CsCYP707A4与CsREV可用于抑制分枝发育；CsTL与CsTEN可用于减少卷须。尽管单个株型性状已得到精准解析，但系统层面的整合仍是重大挑战。未来研究应超越单一基因效应报道，转而聚焦整株株型，建立株型性状与潜在基因调控网络的定量关系。由于实际黄瓜改良通常需要同步优化多个性状，编辑株系需在动态生产环境中对生物量积累、抗逆性、果实产量与品质进行综合评估。
3. 3.
   抗逆性
   全球气候变化与人为环境污染使黄瓜生长与产量面临日益严峻的生物与非生物胁迫，抗逆育种已成为研究重点。大量研究已鉴定出参与胁迫响应的基因并阐明其作用机制，但这些基因多作为正调控因子发挥作用，其敲除突变体往往表现胁迫敏感表型，极大限制了其直接育种应用。相比之下，负调控基因与感病因子是开发低代谢成本、持久广谱抗逆性的更实用靶点。敲除CsSGR（STAYGREEN）可显著增强两周龄黄瓜幼苗的低温胁迫耐受性（13 °C/10 °C处理14天）。自然变异产生的CsSGR^HapG等位（第108位为精氨酸，区别于CsSGR^HapA的谷氨酰胺）破坏了其与CsNYC1（non-yellow coloring 1）的互作，从而抑制叶绿素降解；由此产生的叶绿素滞留有助于活性氧（ROS）清除，增强耐冷性。值得注意的是，CsSGR突变体同时对盐胁迫（200 mmol·L^-1NaCl处理5天）与干旱胁迫（10%聚乙二醇-6000处理7天）也表现出更强的耐受性。此外，已有研究表明CsSGR^HapG等位还可赋予霜霉病、细菌性角斑病与真菌炭疽病的抗性。这些发现共同支持了通过CsSGR敲除或单碱基编辑培育广谱抗逆黄瓜品种的可行性。靶向感病基因也被证明是提升抗病性的高效策略。白粉病是限制黄瓜生产的主要病害，MLO（mildew resistance locus O）基因是植物中公认的感病因子。CRK2（富含半胱氨酸的类受体激酶2）可通过磷酸化其C端激活拟南芥中的RbohD（呼吸爆发氧化酶同源D）；CsMLO8与CsCRK2竞争性结合CsRbohD，从而抑制CsRbohD激活并阻碍ROS爆发。此外，作为Ca²⁺内流通道，CsMLO8与CsKIC（KCBP互作Ca²⁺结合蛋白）协同调控白粉病亲和性；敲除CsMLO8可赋予高水平穿透抗性，伴随侵染前防御反应激活。同属一个分支的CsMLO1与CsMLO11单基因敲除也表现出白粉病抗性；且CsMLO1/8与CsMLO8/11双突变体的抗性强于单突变体，表现为茎、下胚轴与叶片中ROS积累升高；CsMLO1/11双突变体表现出基于超敏反应的抗性，提示其可能参与侵染后防御；而CsMLO1/8/11三突变体则对白粉病感染完全免疫。除真菌病害外，CsMLO8敲除还可增强对南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的抗性，且不影响产量。针对病毒病害，研究人员证实敲除CselF4E（真核翻译起始因子）可有效阻止黄瓜脉黄病毒、西瓜花叶病毒、番木瓜环斑病毒、番木瓜环斑花叶病毒-W与小西葫芦黄花叶病毒感染后的症状发展，且编辑株系的植株形态与产量基本不受影响，凸显了其巨大的实际育种应用潜力。尽管如此，CRISPR技术在黄瓜胁迫响应中的应用仍有限，尤其在弱光、碱性条件、宏量与微量营养失衡、重金属胁迫、有机污染物（尤其是除草剂）以及靶斑病、炭疽病、蔓枯病等重要病害方面仍待拓展。未来需鉴定更多抗逆相关的负调控基因，为育种改良提供广阔空间。此外，对于作为正调控因子的胁迫相关基因，替代性基因组编辑策略提供了可行解决方案，例如通过启动子编辑增强正调控因子的结合效率或削弱负调控因子的活性，有望在不损害植物生长的前提下微调胁迫响应通路，获得有利的抗逆表型。
4. 4.
   性别分化与单性结实
   黄瓜可产生雌花、雄花与两性花，形成全雌株、全雄株、雌雄同花株、雌雄异花同株与雄花两性花同株等表型。由于果实仅由雌花发育而来，性别分化的调控是决定产量潜力的关键因素。既往研究已确立乙烯为黄瓜性别决定的核心激素调控因子，多数性别相关基因参与乙烯的生物合成、感知与信号转导。此外，生长素与乙烯在花发育早期协同互作：乙烯通过生长素促进心皮起始，而心皮中的生长素信号随后增强乙烯生物合成，抑制雄蕊发育，从而促进雌花形成。因此，对激素信号相关基因进行基因组编辑是操控性别表达的最直接策略。CsARF3（生长素响应因子3）通过激活分生组织维持基因CsSTM（SHOOT MERISTEMLESS）并抑制雌性相关基因CsWIP1（wound-induced protein 1）促进雌性化；敲除CsARF3或CsSTM显著降低雌花比例，极端情况下甚至产生全雄株。相反，破坏CsWIP1可产生全雌表型，雌性化程度大幅提升，雌花数量约为野生型的7倍；重要的是，CsWIP1敲除株系雌花所结果实与野生型无差异，显示出极强的育种应用潜力。F/f（雌性）位点长期以来被认为是黄瓜雌花分化的主要遗传决定因子。f位点包含CsACS1^f（1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶1）与CsMYB1^f（v-myb禽骨髓细胞瘤病病毒致癌基因同源物1），而F位点携带这两个基因的重复拷贝，包括CsACS1^F/G与CsMYB1^a/b。敲除CsMYB1^f或CsMYB1^a/b均产生全雌表型，表明CsMYB1并非F位点的决定基因。敲除CsACS1^f仍维持全雌表型，而敲除CsACS1^F/G则使植株转变为雌雄异花同株。然而，仅依靠CRISPR/Cas9技术不足以完全解析重复基因CsACS1^F与CsACS1^G的功能差异。后续分析揭示，雌花决定所需的关键转录本主要源自CsACS1^G等位；此外，过表达CsACS1^G基因组区域足以诱导全雌表型，表明CsACS1^G单独发挥促雌效应，而非重复导致的基因剂量效应。片段重复获得的一个包含部分CsBCAT（支链氨基酸转氨酶）CDS的新型启动子区域，可能是CsACS1^G独特表达模式与促雌功能的分子基础，但其操控策略仍需进一步验证。单性结实是影响黄瓜产量的另一关键性状，可食用果实通常在开花后7–14天采收，无需人工授粉。目前仅有1项研究应用CRISPR技术探究黄瓜单性结实。研究人员鉴定到一个无单性结实能力的突变体，并将因果基因定位至CsNPF1（non-parthenocarpic fruit 1）。与CsNPF1^Phe7相比，CsNPF1^Ser7等位对CsYUC4（YUCCA 4）启动子中-383G（相对于-383A）变体的结合能力更强，从而通过增强胚珠中的生长素生物合成提高生长素水平，促进单性结实；敲除CsNPF1会完全消除单性坐果能力，但不影响整体植株形态。编辑株系还表现出胚珠发育缺陷，但花粉活力正常，导致人工授粉后果实生长受阻。未来研究应整合性别分化与单性结实的环境调控，探索逆境条件下增强单性结实能力的策略。此外，需平衡性别表达与单性结实的优化和果实发育的关系，因为过高的果实负载会加剧资源竞争，最终损害果实发育。
5. 5.
   果实发育
   果实是黄瓜的主要商品器官，果实发育研究为提升品质以满足全球多元化消费需求奠定了基础。近期已有综述系统总结了黄瓜果形、果颈长度与心皮发育的遗传调控进展。在此基础上，本节整合最新研究进展，聚焦于果皮特征（包括瘤、果粉与颜色）及营养属性等直接与育种相关的果实性状。相比之下，空心、胎萌与果实弯曲等若干不良果实性状的机制仍不明确，有待深入研究。
   5.1 果形
   黄瓜果形由长度与宽度的相对尺寸定义，常用果形指数（长宽比）量化。果形变异源于纵向与横向的细胞分裂与扩张差异。由于不同地区消费者对果形的偏好存在差异，果形是具有明确育种目标的重点改良对象。在欧洲与中国南方，普遍偏好短果（10–20 cm），果形指数为3–6。驯化过程中，栽培黄瓜相较于圆果野生祖先演化出更长的果实，表明驯化相关基因参与了果实长度的延伸。因此，鉴定驯化基因并进行靶向破坏是缩短果实长度的有效策略。例如，CsARP1（生长素响应蛋白1）优先被常见等位CsCRC^G（CRABS CLAW）激活，而非仅存在于半野生变种C. s. var. xishuangbannaensis的稀有等位CsCRC^A；敲除CsAPR1通过抑制细胞扩张，使开花后10天（DAA）的果实长度从约20 cm降至15 cm。类似地，CsExo70B（胞吐亚基70B）与CsER互作并促进其在质膜上的积累，从而推动细胞扩张与分裂；敲除CsExo70B使10 DAA的果实长度从约28 cm缩短至18 cm。同样，敲除CsSF1（short fruit 1）也使果实长度从约40 cm降至25 cm，该效应与乙烯过量产生相关。除纵向生长外，短果育种通常伴随横径增加，从而降低果形指数，这一过程由不同的基因集调控。例如，敲除CsCLV1（CLAVATA 1）及其物理互作蛋白CsGPA1（鸟苷酸结合蛋白α亚基1）使40 DAA的果形指数从5降至3.5；CRISPR/Cas9创制的CsTRM5（TONNEAU1招募基序蛋白5）突变体也表现出相似表型，10 DAA的果形指数从5降至2.5。从进化视角看，葫芦科作物的比较基因组分析为鉴定果形相关的保守调控元件提供了宝贵资源。葫芦科特异的保守非编码序列（CNSs）因能够调控相邻直系同源基因的表达而具有极高的应用潜力。编辑CsNAC1（NAM、ATAF1/2和CUC2）附近的CNS可提高其表达，使8 DAA的果实长度从约25 cm缩短至20 cm；编辑CsEXT-like（EXTENSIN-like）下游的CNS也观察到相似表型。这种调控编辑策略具有高度可重复性与广泛适用性：一方面，CNS在多个生物学过程中保守；另一方面，非编码区编辑可微调基因表达而不完全废除其功能，从而为果形精准改良提供了灵活路径。中国北方消费者普遍偏好长果（20–35 cm），果形指数为5–8。与缩短果实长度相比，增加果实长度的育种技术难度更高。CsACS2（1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶2）已被鉴定为与果实伸长相关的关键驯化位点，但敲除CsACS2会产生全雄花，严重制约其直接育种应用。在栽培黄瓜中，CsACS2携带一个受到强烈选择的无义单核苷酸多态性（SNP，第1287位C-to-T）。该突变破坏了m⁶A甲基化，导致RNA二级结构更紧凑，翻译效率降低，乙烯生物合成减少41.2%，最终增加细胞数量并促进果实伸长。为更高效地利用这一自然选择的SNP，研究人员通过将pBSE402载体中的Cas9替换为与nCas9（D10A）融合的APOBEC3A（载脂蛋白B mRNA编辑催化多肽样3A），开发了胞嘧啶碱基编辑系统，实现了定向C-to-T编辑；编辑株系在16 DAA的果实长度从约20–25 cm显著增加至35 cm。重要的是，这种非敲除编辑策略可在不破坏其他关键农艺性状的前提下精准改良目标性状。此外，CsYTH1（YTH结构域含RNA结合蛋白1）与CsACS2紧密连锁；在CsACS2^1287C背景下敲除CsYTH1，可使16 DAA的果实长度从22 cm进一步增至28 cm，凸显了其在长果育种中的额外潜力。果颈长度是果实整体形态的另一个重要组成部分，由于果颈通常不可食用，直接影响可食果比例，因此短果颈是全球普遍的育种目标，对华北生态类型尤为重要。由于果颈长度与整体果实伸长密切相关，编辑参与果实长度调控的基因可同时改良果颈长度，提升育种效率。CsHEC1（HECATE1）通过激活CsYUC4，经由生长素介导的细胞分裂通路调控果颈长度；敲除CsHEC1使果颈长度缩短约25%，总果长减少约20%，果颈与果长比值降低约10%，而敲除CsYUC4则产生相反表型。但该策略不适用于以长果为目标的育种计划。相比之下，编辑具有果颈特异性表达的基因提供了更精准的解决方案。CsMYB36通过激活CsEXLA3（expansin-like A3），经由细胞扩张通路调控果颈伸长；敲除CsMYB36使果颈长度缩短约25%，果颈与果长比值降低约20%，而总果长保持不变。这种果颈靶向策略为优化果实形态提供了更精细的路径，且不会牺牲理想的果实长度。
   5.2 瘤
   瘤由瘤状突起与刺组成，是决定黄瓜果实外观与市场价值的关键因素。瘤状突起是源于果实表皮的隆起结构，而刺是位于瘤状突起上的多细胞非腺毛，由基部与伸长的柄部构成。不同生态类型的瘤密度差异显著：华北类型瘤密度最高，其次为华南类型与腌渍类型，而欧洲温室类型通常无瘤。这种分布反映了区域消费者的差异化偏好，也意味着不同的育种目标。因此，针对密瘤品种，CsLRP1（侧根原基1）是有效的敲除靶点；而针对疏瘤育种，CsHEC2（HECATE2）与CsEMS1（excess microsporocytes 1）表现出极强的应用潜力，敲除任一基因均可降低瘤密度。精准育种还进一步关注刺的发育，包括刺的数量与大小，这同样塑造果实外观。由于刺属于毛状体类型，编辑毛状相关基因可能影响刺的发育。例如，敲除CsTM（trichome morphology）会产生基部缢缩、柄部缩短的刺，但整体毛状体发育可能严重受损，且蚜虫抗性降低。相比之下，修饰在刺发育中具有特定作用基因可实现更具靶向性的策略：调节刺密度方面，敲除CsNS（numerous spines）会增加刺密度，而敲除CsTOE3（TARGET OF EAT3）则会降低刺密度，且不影响其他器官的毛状体；调控基部大小方面，CsWOX3（WUSCHEL相关同源框3）与CsLRP1与基部增大相关，而CsSBS1（spine base size 1）、CsEMS1与CsTTG1（TRANSPARENT TESTA GLABRA 1）则与基部减小相关。
   5.3 果粉
   部分黄瓜品种的果实表面覆盖一层粉状物，称为果粉，其影响果皮颜色与整体果实外观。尽管果粉有助于果实保鲜与抗逆性，但市场普遍偏好光皮（无果粉）果实。果粉主要由二氧化硅组成，硅酸Si(OH)₄是其细胞前体。在腺毛（GTs）中，Si(OH)₄通过共质体途径从柄细胞运输至颈部细胞，再转运至腺细胞；硅外排转运蛋白介导其向毛状体表面移动，在角质层下方发生硅聚合形成果粉。敲除参与GT发育的基因可产生无果粉表型。CsCASP1（Casparian条带膜蛋白1）参与颈部细胞中木质素基颈部条带的形成，阻断Si(OH)₄从腺细胞的质外体外排；CsMYB36是CsCASP1的关键转录激活因子，敲除CsMYB36降低CsCASP1