中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院解析西瓜果實(shí)糖和有機(jī)酸調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

西瓜是全球第五大水果，富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素、糖和多種有機(jī)酸，其中糖和有機(jī)酸是影響西瓜感官品質(zhì)的重要成分，在西瓜果實(shí)的發(fā)育和成熟過程中，糖和有機(jī)酸含量決定了西瓜的口感；但是，目前西瓜中糖和有機(jī)酸的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未明晰。

2020年12月14日，《Horticulture Research》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所多倍體西瓜遺傳育種課題組題為“Identification of key gene networks controlling organic acid and sugar metabolism during watermelon fruit development by integrating metabolic phenotypes and gene expression profiles”的研究論文。該研究利用甜味西瓜203Z和其近等基因系的酸味西瓜SrW為材料，比較了甜味西瓜和酸味西瓜果實(shí)發(fā)育不同階段的糖（果糖、蔗糖和葡萄糖）和有機(jī)酸（蘋果酸、檸檬酸和草酸）的含量變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著果實(shí)成熟，果糖和葡萄糖先升高后降低，但蔗糖呈現(xiàn)一直升高的趨勢(shì)；酸味西瓜中有機(jī)酸含量顯著高于甜味西瓜；蘋果酸是西瓜果實(shí)中最主要的有機(jī)酸。

以酸味和甜味西瓜果實(shí)4個(gè)發(fā)育過程轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析西瓜果實(shí)發(fā)育過程中的差異表達(dá)基因。通過WGCNA共表達(dá)分析，鑒定出11個(gè)不同的基因模塊。在11個(gè)共表達(dá)的基因網(wǎng)絡(luò)中，有3個(gè)與糖類和有機(jī)酸顯著相關(guān)。通過顯著性和qRT-PCR分析，篩選到了7個(gè)參與西瓜果實(shí)糖酸代謝的關(guān)鍵基因，其中Cla97C01G000640、Cla97C05G087120和Cla97C01G018840為糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；Cla97C03G064990是一種蔗糖合酶；Cla97C07G128420、Cla97C03G068240和Cla97C01G008870與蘋果酸和檸檬酸高度相關(guān)，為蘋果酸和檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；將這些基因在自然群體中進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：這7個(gè)基因的表達(dá)量與西瓜果實(shí)中的糖酸含量呈顯著正相關(guān)，為西瓜果實(shí)發(fā)育過程中調(diào)控糖和有機(jī)酸合成的候選基因。該研究解析了西瓜果實(shí)糖和有機(jī)酸代謝調(diào)控的分子機(jī)制，為西瓜品質(zhì)育種提供了理論依據(jù)，對(duì)中國西瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和育種水平的提高具有重要的科學(xué)意義。