近日，我所在园艺学经典期刊Horticultural Plant Journal（中科院农林科学一区top，IF=6.2）上发表了题为“Genome-wide identification of the GDSL esterase/lipase gene family in cucumber and functional characterization of CsGELP57 in fruit cuticle development”的letter论文。我所博士后翟许玲为论文第一作者，江彪研究员为论文通讯作者。

　　极端环境条件，如温度波动、干旱和病原体侵袭，会显著影响植物的生长、发育和产量。为应对这些胁迫，植物进化出复杂的酶系统，其中GDSL酯酶/脂酶蛋白（GELPs）发挥着至关重要的作用。这些蛋白以保守的GDSL基序和四个关键氨基酸（丝氨酸、甘氨酸、天冬酰胺和组氨酸）为特征，在脂质代谢、细胞壁修饰以及胁迫响应中展现出多样的催化功能。GELPs的核心功能之一是参与植物角质层的生物合成，该结构作为覆盖植物地上器官的保护性脂质屏障，能增强植株对环境胁迫的耐受性，并提升果实品质，如改善采后保水性和机械强度。在拟南芥和番茄等模式植物中，GELPs在发育和胁迫适应中的作用已被深入研究。然而，在黄瓜中，GELPs的基本信息及其在果实角质层发育中的潜在作用仍鲜为人知。

　　黄瓜是重要的葫芦科蔬菜，角质层可以显著影响果实的商品外观和货架期等性状。但目前，黄瓜果实角质层发育的分子机制尚不明晰，特别是GELP基因家族在其中的调控作用尚未得到充分阐明。本研究旨在通过全基因组分析鉴定黄瓜GELP基因家族，并整合基因进化、表达模式、功能验证以及分子对接等方法，深入探讨关键基因CsGELP57在果实角质层形成中的功能和作用机制。

　　本研究通过全基因组分析共鉴定出75个CsGELP基因，这些基因分布于7条染色体上，主要通过串联重复扩增，系统进化分析将它们分为5个亚家族。保守基序分析显示，97%的CsGELP蛋白含有Lipase_GDSL结构域。启动子分析共鉴定出2378个顺式作用元件，主要涉及胁迫响应、光响应和激素响应。表达谱分析显示，CsGELP基因在根、茎、叶、卷须、雄花、果肉和果皮等组织中差异表达，其中VI组的18个基因主要在果皮中高表达（图1, B）。

　　研究进一步聚焦于果皮特异表达的CsGELP57基因（与拟南芥OSP1同源），其表达水平随果实发育进程逐渐升高，与角质层加厚同步。过表达CsGELP57的转基因黄瓜果实外观趋于暗淡、角质层显著加厚、表皮蜡质沉积增多，果实保水性和抗机械挤压能力显著增强（图1, C-H）。亚细胞定位实验证实CsGELP57定位于细胞外空间（图1, I）；分子对接模拟进一步显示，其通过保守催化三联体与角质层前体物质（如棕榈酰-CoA和10,16-二羟基棕榈酸）结合（图1, J-K），暗示其可能作为酰基转移酶或水解酶，促进角质和蜡质的生物合成。

　　该研究首次构建了黄瓜GELP基因家族的全面数据集，并明确阐释了CsGELP57在调控果实角质层发育中的关键生物学功能。过表达该基因，可显著提升黄瓜果实的保水性和抗压性，这为改善果实品质的育种工作提供了有效基因资源，具有实际应用价值。

　　该研究获得国家自然科学基金-青年基金（32402580）、广东省科技计划项目（2023A0505090005）和广东省农业科学院现代种业创新能力提升项目的联合资助。

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.hpj.2025.06.010

图1 黄瓜GDSL酯酶/脂酶基因的全基因组鉴定及CsGELP57在果实角质层发育中的功能表征