脫落酸途徑調(diào)控西瓜果實(shí)成熟及品質(zhì)進(jìn)化

王晉芳 許勇 王艷萍

目的與意義：西瓜是一種非呼吸躍變果實(shí)，經(jīng)過漫長的進(jìn)化，由不能正常成熟的野生西瓜進(jìn)化成現(xiàn)代栽培西瓜。但是，西瓜的進(jìn)化機(jī)制及脫落酸在進(jìn)化中的作用機(jī)制尚不明確。以栽培西瓜（‘97103）、半野生西瓜（‘PI179878）及野生西瓜（‘PI296341）為研究材料，測定不同西瓜品種成熟過程中游離態(tài)及結(jié)合態(tài)ABA的含量，并利用課題組已經(jīng)建立的西瓜不同發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對西瓜果實(shí)成熟過程中ABA代謝相關(guān)基因及ABA信號途徑相關(guān)基因進(jìn)行分析，探索脫落酸在西瓜果實(shí)成熟過程中的作用。

材料與方法：利用質(zhì)譜聯(lián)用的方法測定不同西瓜品種成熟過程中游離態(tài)及結(jié)合態(tài)ABA的含量。首先，栽培西瓜（‘97103）、半野生西瓜（‘PI179878）在授粉后10、18、26、34 d收集樣品，包括中心果肉、胎座、中果皮及種子;野生西瓜（‘PI296341）在授粉10、18、26、34、42、50 d收集樣品，包括中心果肉、胎座、中果皮及種子。其次，利用中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物質(zhì)譜平臺提供的檢測方法，對西瓜果實(shí)中的游離ABA及結(jié)合態(tài)ABA（ABA-GE）進(jìn)行檢測。為了進(jìn)一步明確ABA在西瓜果實(shí)成熟過程中的作用，對授粉15 d后的‘97103品種外源施加ABA或ABA合成抑制劑NDGA，觀察是否影響西瓜果實(shí)的成熟，并利用手持糖度計(jì)ATC-1E檢測中心果肉的可溶性固形物，利用FT-327硬度計(jì)檢測中心果肉的硬度。通過課題組已經(jīng)建立的西瓜不同發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，對西瓜果實(shí)成熟過程中ABA代謝相關(guān)基因及ABA信號途徑相關(guān)基因進(jìn)行分析;并利用100余份重測序信息對差異表達(dá)基因進(jìn)行單倍型分析，進(jìn)一步明確造成栽培品種及野生品種中ABA含量差異的原因。

結(jié)果與分析：（1） ABA含量與西瓜果實(shí)發(fā)育和成熟是高度相關(guān)的。隨著果實(shí)發(fā)育成熟，栽培西瓜（‘97103）、半野生西瓜（‘PI179878）中心果肉、胎座及中果皮中的游離ABA含量和結(jié)合態(tài)ABA的含量逐漸升高，在授粉后34 d達(dá)到了峰值;野生西瓜（‘PI296341）果實(shí)中的ABA含量顯著低于栽培品種及半野生品種，且維持在較低的水平;栽培品種、半野生品種及野生品種種子中的ABA含量沒用顯著差異。通過對31種代表性材料的分析發(fā)現(xiàn)，ABA含量與可溶性固形物的含量是高度相關(guān)的。以上試驗(yàn)說明，ABA參與調(diào)控西瓜果實(shí)成熟及品質(zhì)的形成。（2） ABA含量影響栽培西瓜果實(shí)成熟。外源施加ABA促進(jìn)了西瓜果實(shí)成熟，提高了可溶性固形物含量，降低了果實(shí)硬度;外源施加ABA抑制劑NDGA抑制了西瓜果實(shí)成熟，降低了可溶性固形物含量，提高了果實(shí)硬度。（3） ABA代謝關(guān)鍵基因ClNCED及ClCYP707在西瓜果實(shí)成熟及發(fā)育過程中動(dòng)態(tài)表達(dá)。ClNCEDs（Cla005404和Cla009779）在中心果肉中的表達(dá)趨勢一致，隨著果實(shí)成熟表達(dá)升高，在授粉后34 d達(dá)到了峰值。ClCYP707As（Cla0016011及Cla20673）的表達(dá)隨著果實(shí)的成熟逐漸降低，以上結(jié)果表明，西瓜果實(shí)成熟過程中ABA代謝基因的表達(dá)可能影響ABA含量。（4）ABA代謝及ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因在栽培和野生西瓜中的表達(dá)模式不同。西瓜果實(shí)成熟過程中，Cla005404 （NCED）、Cla009779（NCED）、Cla020673（CYP707A）、Cla006655（UGT）和Cla020180 （SnRK2）動(dòng)態(tài)表達(dá)，且在栽培品種和野生品種中存在差異。（5）ABA通路基因啟動(dòng)子區(qū)的遺傳變異可能是與西瓜果實(shí)進(jìn)化有關(guān)。CYP707As（Cla020673）的啟動(dòng)子區(qū)域上有3個(gè)SNP（-738，C/A;-1681，C/T;-1832，G/T） ，ClSnRK2.3（Cla020180）的啟動(dòng)子區(qū)域上有1個(gè)SNP（-701，G/A）。

結(jié)? ? 論：ABA在西瓜果實(shí)成熟及品質(zhì)進(jìn)化過程起重要作用。ABA含量與可溶性固形物含量及西瓜進(jìn)化的狀態(tài)是高度相關(guān)的。ABA通路上關(guān)鍵基因Cla020673（CYP707A）及Cla020180（SnRK2）的啟動(dòng)子上具有SNP，與可溶性固形物含量是高度相關(guān)的。為揭示西瓜果實(shí)成熟提供了一定的理論基礎(chǔ)，為今后挖掘ABA參與調(diào)控西瓜果實(shí)成熟與品質(zhì)進(jìn)化的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)。