我国是人口大国，至2025年，全球人口将突破90亿，预计全球作物产量需要再提高一倍才能满足需求。在土地资源日益紧缺、极端气候频发的情况下，提高农作物产量的关键在于提高单产水平。因此，提高栽培密度是作物持续增产的关键因素之一。
2024年1月23日，国际植物生物技术领域高影响力杂志Plant Biotechnology Journal在线发表了湖南农业大学/农业农村部园艺作物（蔬菜、茶叶等）基因资源评价利用重点实验室武涛教授题为“CsHLS1-CsSCL28 module regulates compact plant architecture in cucumber”的研究论文。
黄瓜是世界上重要的经济蔬菜作物。但近10年来，黄瓜单产增长缓慢。归因于黄瓜的主茎长、叶片和叶柄角较大，需要通过调整种植密度，以改善通风和透光，同时减少遮光效应。因此，培育株型紧凑和光利用效率高的品种，对黄瓜增产意义重大。然而，目前缺乏同时具有主茎短，叶片和叶柄角较小又不影响育性的种质资源。
为了解决这一育种难题，研究团队通过EMS诱变获得一个节间短、叶片和叶柄角小而不影响育性的突变体cpa1 (compact plant architecture) (图1)。
图1 cpa1 突变体展现紧凑株型
通过遗传学、基因回补和基因敲除等方法揭示了目标基因CsHLS1为调控紧凑株型的负向调控因子；CsHLS1编码N-乙酰化转移酶，在叶片和叶柄基部高表达，敲除CsHLS1后，植株的乙酰化水平降低。进一步研究揭示CsHLS1与下游基因CsSCL28介导黄瓜叶柄角和叶片大小的调控网络。最重要的是，敲除CsHLS1提高了黄瓜的光合效率，进而提高了高密植栽培条件下黄瓜群体产量 (图2)。cpa1基因突变位点发生在N-乙酰化转移酶GNAT保守结构域 ，该位点在整个葫芦科作物非常保守。因此，该基因在其他葫芦科作物的育种实践上也将具有较大的应用潜力。
图2 CsHLS1调控叶片和叶柄角大小分子机制模型
该论文的第一作者为湖南农业大学园艺学院青年教师王春华和湖南农业大学已毕业博士研究生李洁（现为湖南省蔬菜研究所青年研究员）。通讯作者为湖南农业大学武涛教授。浙江大学李保海教授对该研究进行了指导。湖南农业大学植物保护学院李魏教授和沈阳农业大学潘健副教授对本论文提供了技术支持；湖南农业大学园艺学院王军伟副教授、曹嘉健博士、郝宁博士等也参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目、国家自然基金面上项目和湖南省杰青、湖南省优青等项目支持。
