對(duì)比轉(zhuǎn)錄組分析揭示西瓜果實(shí)可溶性糖 和有機(jī)酸積累的關(guān)鍵基因

高磊 趙勝杰 路旭強(qiáng) 何楠 朱紅菊 豆峻嶺 劉文革

目的與意義：可溶性糖、有機(jī)酸和芳香是果實(shí)風(fēng)味物質(zhì)的重要成分，對(duì)果實(shí)的感官品質(zhì)具有重要影響?？扇苄蕴呛陀袡C(jī)酸的組分與含量對(duì)果實(shí)的感官品質(zhì)起決定作用。果實(shí)品質(zhì)改良是西瓜育種項(xiàng)目的重要目標(biāo)。目前，對(duì)西瓜果實(shí)發(fā)育過(guò)程中有機(jī)酸的研究較少，參與有機(jī)酸積累和代謝的相關(guān)基因還未見(jiàn)報(bào)道，可溶性糖和有機(jī)酸如何進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化還不清楚。因此筆者通過(guò)測(cè)定近等基因系材料中西瓜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期的可溶性糖和有機(jī)酸含量，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，對(duì)參與西瓜果實(shí)發(fā)育和成熟過(guò)程中可溶性糖和有機(jī)酸積累與代謝過(guò)程的差異表達(dá)基因進(jìn)行篩選和鑒定，為西瓜品質(zhì)分子育種奠定理論基礎(chǔ)。

材料與方法：以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所多倍體西瓜課題組經(jīng)過(guò)多代自交的西瓜栽培品系‘203Z和具有果實(shí)酸味的近等基因系‘SW為試驗(yàn)材料，分別取開(kāi)花授粉后10? d（C1和D1）、18d（C2和D2）、26 d（C3和D3）和34 d（C4和D4）的果肉，其中C代表‘203Z，D代表‘SW，液氮速凍后保存。采用離子色譜法對(duì)果實(shí)中的可溶性糖和有機(jī)酸含量進(jìn)行測(cè)定。使用深圳華大基因BGISEQ-500測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行cDNA文庫(kù)構(gòu)建和測(cè)序，對(duì)原始數(shù)據(jù)過(guò)濾后，使用比對(duì)軟件Bowtie2，將clean reads比對(duì)到參考基因，使用HISAT）將clean reads比對(duì)到參考基因組，使用RSEM工具（Florea et al.，2013）進(jìn)行基因表達(dá)定量，NOISeq（Tarazona et al.，2011）軟件包用于篩選具有生物學(xué)重復(fù)的兩組間差異表達(dá)基因，對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO和KEGG通路富集分析。

結(jié)果與分析：（1）西瓜果實(shí)中的可溶性糖主要是果糖、蔗糖和葡萄糖，蘋(píng)果酸和檸檬酸是主要有機(jī)酸，其次是草酰乙酸。同一個(gè)發(fā)育時(shí)期的果實(shí)相比，‘203Z果實(shí)中心可溶性固形物、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量都要稍高于其近等基因系‘SW，但二者的變化趨勢(shì)一致?！甋W果實(shí)中蘋(píng)果酸、檸檬酸和草酰乙酸的含量都要顯著高于同一個(gè)發(fā)育時(shí)期的‘203Z，但pH低于同時(shí)期的‘203Z，果實(shí)中有機(jī)酸含量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)在‘203Z和‘SW上是一致的。（2）對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的差異表達(dá)基因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)參與糖代謝的基因包括3個(gè)蔗糖合成酶基因，1個(gè)蔗糖磷酸化酶基因，4個(gè)β半乳糖苷酶基因，7個(gè)果糖二磷酸醛縮酶基因和4個(gè)棉子糖合成酶基因。共有10個(gè)DEGs參與有機(jī)酸的代謝過(guò)程，包括6個(gè)蘋(píng)果酸脫氫酶基因，1個(gè)蘋(píng)果酸合成酶基因，1個(gè)鋁介導(dǎo)的蘋(píng)果酸轉(zhuǎn)運(yùn)因子，1個(gè)檸檬酸合成酶基因和1個(gè)ATP檸檬酸裂解酶基因。

結(jié)? ? 論：在這項(xiàng)研究中，測(cè)定西瓜不同發(fā)育時(shí)期的果實(shí)樣品中可溶性糖和有機(jī)酸含量，證實(shí)西瓜果實(shí)中的可溶性糖主要是果糖、蔗糖和葡萄糖，有機(jī)酸主要是蘋(píng)果酸和檸檬酸;對(duì)果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期的RNA樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析，鑒定幾個(gè)關(guān)鍵的差異表達(dá)基因參與西瓜果實(shí)中可溶性糖和有機(jī)酸的代謝過(guò)程。這是以近等基因系西瓜為試驗(yàn)材料進(jìn)行比較轉(zhuǎn)錄組分析的第一篇研究報(bào)告，對(duì)加深理解西瓜果實(shí)發(fā)育和成熟過(guò)程中可溶性糖和有機(jī)酸代謝的分子機(jī)制具有重要的參考價(jià)值。