貳、 前人研究
一、 胡瓜及苦瓜花性分化
胡瓜 (Cucumis sativus L.) 之花原基 (floral primordia) 最初為兩性 (bisexual) 花，同時具雄蕊 (stamen) 及雌蕊 (pistil) 原基，且分化程度相當，隨發育階段漸 增，選擇性停止雄蕊或雌蕊之發育而決定花性 (Malepszy and Niemirowicz-Szczytt, 1991)。於雄花，雌花器之發育受抑制，雄蕊則正常發育；於雌花，雌器官之發育 受正常，雄蕊則停止發育 (Malepszy and Niemirowicz-Szczytt, 1991)。苦瓜之花原基 最初亦為兩性花，雌花器之發育受阻，雄蕊則正常發育，生成雄花；雌花器之發育 正常，雄蕊之發育停滯，生成雄花 (汪和曾，1997)。
二、 胡瓜花性相關基因
(一) 花性主控基因
胡瓜花性主要由三對非連鎖基因座 (locus) 調控，F (female) 為顯性基因座，
調控植株雌性程度；M (male) 為顯性基因座，調控發育成單性花或兩性花，當 M 基因為同質隱性 (mm) 時，發育成兩性花；A (androecious) 基因座於 F 基因座同 質隱性 (ff) 時，調控花器發育為雄花 (Mibus and Tatlioglu, 2004)。其中 F 基因座 編碼 CsACS1G (Mibus and Tatlioglu, 2004; Trebitsh, 1997)，為 CsACS1 基因之第二 拷貝 (copy) 與另一無性別特異性 (non-sex-specific) 之 branched-chain amino acid transaminase (CsBACT) 基因重組之產物 (Knopf and Trebitsh, 2006)。M 基因座編碼 CsACS2，其隱性等位基因 (allele) m，突變於一保守 (conserved) 區域，其第 33 個 胺基酸由甘氨酸 (Glycine, Gly) 轉變為半胱氨酸 (Cysteine, Csy)，導致喪失酵素活 性 (Li et al., 2009)。A 基因座可能與 response to antagonist (CsRAN1) 連鎖 (linked)，
RAN1 參與銅離子 (copper ion) 傳遞至乙烯受體，而銅離子傳遞途徑為乙烯受體活 化之必要過程 (Terefe et al., 2005)。
雌雄同株異花及雄花、兩性花同株 ( andromonoecious) 胡瓜之乙烯生成量相 近，外施益收能促進雌雄同株異花胡瓜生成雌花，但不生成兩性花；促進雄花、兩
性花同株胡瓜生成兩性花，但不生成雌花；施用硝酸銀 (AgNO3) 誘導全雌株胡瓜
雄花生成但不生成兩性花，由其基因型推測 M 基因座會受乙烯之誘導表現而抑制
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雄蕊發育 (Yamasaki et al., 2001)。CsACS2 之啟動子 (promoter) 於菸草 (Nicotiana tabacum) 轉殖株無活性，外施益收可促使 CsACS2 啟動子於花器表達；以益收處 理野生型 (wild type) 胡瓜亦可誘導 CsACS2 表現，施以乙烯抑制劑則降低其表現 量，推測 CsACS2 受乙烯誘導且具正回饋調控機制，進而生成更大量乙烯以抑制雄 蕊之發育 (Li et al., 2012)。
全雌株具 F 基因座，故有足夠乙烯生成，誘導雌蕊發育及 M 基因座抑制雄蕊；
雌雄同株異花不具 F 基因座，故乙烯可能不足以誘導 M 基因座抑制雄蕊且無法促 進雌蕊生成，生成雄花，但乙烯於植物體內尚有其他基因座生成，若生成量足夠則 誘導 M 基因座抑制雄蕊生成雌花；兩性株為 m 基因座同質隱性，故無法抑制雄蕊 發育，且其具 F 基因座，可生成足夠乙烯促進雌蕊發育而得兩性花；雄花、兩性花 同株具同質隱性 f 及 m 基因座，雄蕊生成無法受抑制，植物體乙烯的生成量不同 而產生兩性花或雄花 (Yamasaki et al., 2001)。
(二) 雌花分化相關基因
胡瓜之乙烯受體 ethylene response 1 (CsETR1) 於胡瓜雌花之雄蕊表現量下降；
以 APETALA3 (AP3) 之啟動子驅動反義 (antisense) CsETR1 降低 ETR1 於轉殖阿拉 伯芥 (Arabidopsis thaliana) 雄蕊之表現量，造成雄蕊萎縮，推測乙烯感應 (ethylene perception) 參與抑制雄蕊發育之途徑 (Wang et al., 2010)。CsETR1、CsETR2 及 ethylene response sensor (CsERS) 之 messenger-RNA (mRNA) 於全雌株胡瓜之莖頂 累積量大於雌雄同株異花胡瓜，可能由於全雌株產生較多之內生 (endogenous) 乙 烯 (Yamasaki, 2000)。
利用抑制性扣減雜合技術 (suppression subtractive hybridization, SSH) 分析胡瓜 雄花或雌花發育時期六之雄蕊，分離一個與阿拉伯芥 calcium dependent nuclease (AtCAN) 同源之表現序列標籤 (expressed sequence tag, EST)，命名為 CsCaN；
CsCaN 具鈣依賴性及乙烯誘導性，並於雌花發育時期六之雄蕊大量表現，可能參 與雌花之雄蕊原基特異性 DNA 損傷 (primodial anther-specific DNA damage) (Gu et al., 2011)。
外施 500 μM 益收於十一日齡之胡瓜雌雄同株異花品種‘Shimoshirazu-jibai’，可
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誘導雌花於低節位發生，以差異展示法 (differential display method) 篩選差異性表 現基因；選殖系#17 為一具 MADS-box 之基因，並命名為 ethylene-responsive gene associated with the formation of female flower 17 (ERAF17)；ERAF17 會受乙烯所誘 導，其表現時機與表現量與雌花之生成相符，乙烯可能藉由調控 ERAF17 之表現而 影響胡瓜花性 (Ando et al., 2001)。選殖系#16 為編碼甲基轉移酶 (methyltransferase) 之基因，並命名為 ERAF16，ERAF16 會受乙烯所誘導，其表現量與雌花發育呈正 相關；ERAF16 於全雌株胡瓜之未成熟花芽表現量高於雌雄同株，顯示 ERAF16 參 與乙烯誘導雌花之形成 (Ando and Sakai., 2002)。
以次世代定序技術分別對雌雄同株異花‘Csg-M’及全雌株胡瓜‘Csg-G’進行
RNA 定序分析，‘Csg-G’相較於‘Csg-M’約 600 個基因負向調控 (down-regulation)、
400 個基因正向調控 (up-regulation)；差異性表現基因主要功能為 biogenesis、
transport and organization of cellular component 、 macromolecular and cellular biosynthesis、localization、establishment of localization、translation 及 other processes；
許多荷爾蒙相關基因 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACC synthase, ACS)、abscisic acid stress ripening 1 (Asr1)、carotenoids-associated protein (CHRC)、
indole-3-acetic acid inducible 2 (CsIAA2)、auxin resistant 1 (CS-AUX1)、transthyretin-like protein (TLP) 、sterol 4-α-methyl-oxidase (SMO)與轉錄因子 translation releasing factor 2 (rf2)、Populus nigra late elongated hypocotyl 2 (PnLHY2)、ethylene-responsive element binding protein 9 (EREBP-9)、MYB、initiation factor-2 (if-2)、bhlh、basic transcription factor 3 (BTF3)、WAKY、dehydration response element-binding protein 3 (DREB3)、TGACG sequence-specific binding protein 2 (TGA2) 可能參與胡瓜花性分 化之調控 (Wu et al, 2010)。
(三) 雄花分化相關基因
胡瓜 CsGAIP 為阿拉伯芥 Arabidopsis DELLA [GA insensitive (GAI)、repressor of ga1-3 (RGA)、RGA-like1 (RGL1)、RGL2 及 RGL3] 之同源基因，主要於莖及雄花 器表現；轉殖 CsGAIP 於阿拉伯芥 rga-24 / gai-t6 雙突變株可部分回復雄蕊發育及 雄稔性；過量表現 (overexpression) CsGAIP 於野生型阿拉伯芥造成雄蕊數量減少 且抑制 AP3 及 PISTILLATA (PI) 表現，CsGAIP 可能藉由抑制 B 群基因而抑制雄花
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器發育 (Zhang et al., 2014b)。胡瓜 CsGAMYB1 主要於雄花器表現，外施 GA3可誘 導其表現；轉殖 CsGAMYB1 於阿拉伯芥 myb33myb65 雙突變株可部分回復雄稔性 (male fertility)；於胡瓜抑制 (knockdown) CsGAMYB1 表現促使雌花生成量增加，
但 ACS 表現量、乙烯生成量皆不受影響，推測 CsGAMYB1 與乙烯不相關的途徑 (independent pathway) 調控胡瓜花性 (Zhang et al., 2014a)。