甜瓜果實(shí)細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因的篩選和分析

摘 " "要：甜瓜細(xì)胞壁對果實(shí)的脆度和口感具有重要影響。為了闡明細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因?qū)麑?shí)發(fā)育影響的分子機(jī)制，以厚皮甜瓜桂蜜12號為試材，應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)﹑生物信息學(xué)篩選和分析雌花授粉后5 d和20 d的果實(shí)生長差異表達(dá)的基因。結(jié)果顯示，果實(shí)兩個發(fā)育時期差異表達(dá)基因有2950個，上調(diào)1141個，下調(diào)1809個。在富集Q值最顯著的前20個條目中，GO富集指向細(xì)胞組分、生物過程等所涉及細(xì)胞壁數(shù)目最多（8個，占40%）；KEGG富集后它們指向代謝途徑、遺傳信息途徑、環(huán)境信息處理、細(xì)胞過程等途徑。篩選出多聚半乳糖醛酸酶、擴(kuò)張蛋白、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、激素合成酶等基因，推測它們共同參與細(xì)胞壁修飾，影響甜瓜果實(shí)品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：甜瓜；細(xì)胞壁修飾；差異表達(dá)基因；轉(zhuǎn)錄組學(xué)；生物信息學(xué)

中圖分類號：S652 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2025）02-016-09

Screening and analysis of genes related to fruit cell wall modification of muskmelon fruit

LIANG Renfan1， HUANG Hao1， WEN Junli1， LIAO Yunyun2， GAO Xiaofeng3， WEI Chuanyi3， ZHANG Man1， WU Yongsheng1， ZHOU Guolie3， ZHOU Shengmao1

（1. Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning 530007， Guangxi， China; 2. Nanning Vegetable Research Institute， Nanning 530021， Guangxi， China; 3. Yulin Academy of Agricultural Sciences， Yulin 537006， Guangxi， China）

Abstract： The cell wall of muskmelon plays an important role in the fruit’s crispness and taste. To clarify the molecular mechanisms of the effect of cell wall modification related genes on fruit development， the muskmelon varity Guimi No. 12 was used as the test material， and transcriptomics and bioinformatics were applied to screen and analyze the differential expression genes in the fruit at 5 and 20 days after pollination of female flowers. The results showed that there were 2950 differential expression genes during the two fruit development stages， with 1141 genes up-regulated and 1809 down-regulated. Among the top 20 enriched terms with the most significant Q-values， the GO enrichment pointed to cellular components and biological processes， with the highest number of cell wall related terms（8， accounting for 40%）. KEGG enrichment indicated pathways related to metabolism， genetic information proocessing， environmental information processing， and cellular processes. Genes such as polygalactulose synthase， expansion protein， xyloglucan glycosyltransferase， glucuronosyltransferase， and hormone synthase were selected， suggesting that these genes collectively participate in cell wall modification， affecting the quality of muskmelon fruit.

Key words： Melon; Cell wall modification; Differential expression gene; Transcriptomics; Bioinformatics

甜瓜是世界上種植廣泛的葫蘆科經(jīng)濟(jì)作物，以果實(shí)品質(zhì)優(yōu)異而深受廣大消費(fèi)者喜愛。隨著人們生活水平的提高，對果實(shí)品質(zhì)的要求越來越高，果實(shí)品質(zhì)成為甜瓜市場價(jià)值和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[1]。細(xì)胞壁是影響果實(shí)品質(zhì)的重要因子，細(xì)胞壁組分的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和功能等理化特性對果實(shí)的脆度和口感具有重要影響[2]，也是影響果實(shí)大小、果實(shí)軟化及營養(yǎng)風(fēng)味等品質(zhì)變化的因素之一[3-5]。

目前，已知植物纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素和糖蛋白是細(xì)胞壁的主要組分，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及參與其合成、成熟、周轉(zhuǎn)的生化過程成為植物生物學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域[6]。其中，多聚半乳糖醛酸酶（PG）、擴(kuò)展蛋白（EXP）及木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移/水解酶（XTH）、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（GUX）等酶在細(xì)胞壁組分形成與修飾中發(fā)揮重要作用。編碼這些酶的PG、EXP、XTH和GUX等基因?yàn)槌蠡蚣易錥7]，在細(xì)胞壁形成與修飾中起著核心作用[3]。PG通過降解多聚半乳糖醛酸來參與果膠降解，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)解體，導(dǎo)致果實(shí)軟化[8]；EXP通過打斷纖維素與半纖維素之間的氫鍵連接，改變細(xì)胞壁的剛性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)膨壓驅(qū)動的細(xì)胞生長和果實(shí)軟化[9]；XTH通過對半纖維素木葡聚糖的轉(zhuǎn)糖基和水解作用，促進(jìn)細(xì)胞壁松弛，從而起到軟化果實(shí)的作用[10]?，F(xiàn)已證明，西瓜PG基因Cla009218參與西瓜果肉成熟軟化，它的表達(dá)量與果實(shí)硬度呈正相關(guān)[11]；CmEXPA12、DkXTH1等基因分別在甜瓜、番茄等作物果實(shí)膨大生長階段表達(dá)量上升，起到調(diào)控果實(shí)大小的作用[5，12]；GUX基因在植物細(xì)胞壁形成中影響作為細(xì)胞壁上第二豐富多糖的木聚糖形成，經(jīng)基因組重測序發(fā)現(xiàn)，GUX存在不同的表達(dá)模式，推測其高表達(dá)可以促進(jìn)核桃細(xì)胞壁增厚[13]。植物激素也參與細(xì)胞壁的擴(kuò)張、延伸、松弛等重構(gòu)的修飾。在經(jīng)典的“酸生長假說”中，生長素通過增加質(zhì)子外排速度起到細(xì)胞壁酸化作用，從而增強(qiáng)細(xì)胞壁的延展性[2]；赤霉素、乙烯與XTH酶等共同參與細(xì)胞壁重組、組裝等修飾，促進(jìn)細(xì)胞壁擴(kuò)張[14]，這些激素形成的相關(guān)酶及其編碼的相關(guān)基因也勢必參與細(xì)胞壁的形成。

轉(zhuǎn)錄組是一個物種或特定類型的器官、組織和細(xì)胞產(chǎn)生等所有轉(zhuǎn)錄物的集合[15]。轉(zhuǎn)錄組測序（RNA sequencing，RNA-seq）技術(shù)因具有操作簡單、成本低、精度高和快速鑒定等優(yōu)點(diǎn)而成為篩選差異表達(dá)基因的重要手段[15]。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，前人篩選出甜瓜一系列與發(fā)育、代謝和抗性等功能有關(guān)的基因[16-18]；徐敏[19]挖掘出杏果實(shí)多個乙烯合成關(guān)鍵基因和細(xì)胞壁果膠酶代謝關(guān)鍵基因，這些基因差異表達(dá)量與果實(shí)成熟的軟硬度有著高度一致性。

盡管甜瓜等植物細(xì)胞壁生物合成機(jī)制至今已有大量研究，但是關(guān)于組分修飾及其分子機(jī)制研究方面的報(bào)道尚少。因此，筆者以廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的厚皮甜瓜桂蜜12號為試材，篩選和分析了雌花授粉后5、20 d的果實(shí)形成相關(guān)差異表達(dá)基因，旨在為闡明細(xì)胞壁組分修飾影響甜瓜品質(zhì)的機(jī)制提供分子依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的厚皮甜瓜桂蜜12號為試材，該品種早熟，果實(shí)發(fā)育期35 d左右，成熟果皮金黃色，具有稀網(wǎng)紋，果肉橙色，肉質(zhì)爽脆，中心可溶性固形物含量（w，后同）16%左右，果實(shí)食用率69%左右，單果質(zhì)量1.5 kg左右[20]；于2021年3月24日在海南省三亞市樂東九所廣西南繁基地采用無土栽培方式種植，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。吊蔓栽培，單蔓整枝，在主蔓12節(jié)以上單株留瓜1個，雌花現(xiàn)花時采用人工輔助授粉。

1.2 方法

1.2.1 取樣測序 經(jīng)過授粉后，在果實(shí)膨大2個關(guān)鍵點(diǎn)：膨大前期（授粉坐果后5 d）和膨大后期（授粉坐果后20 d）分別隨機(jī)采摘果實(shí)，去皮后取果肉中心部位切成約3 cm小塊，立即用液氮速凍，再放于-80 ℃冰箱保存，由深圳市惠通生物科技有限公司進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。

1.2.2 生物信息學(xué)分析 首先運(yùn)用Fastp軟件對各樣本轉(zhuǎn)錄組測序所得原始數(shù)據(jù)（RawDatas）進(jìn)行質(zhì)控，獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)（CleanData）；再采用HISAT 2軟件與已知甜瓜基因組進(jìn)行序列比對分析，將本次測序結(jié)果中發(fā)現(xiàn)但未被參考基因組（或參考基因集合）收錄的基因定義為新基因（Novel gene）；利用RSEM計(jì)算每個樣本中所有基因的表達(dá)量，表達(dá)量以FPKM值表示。使用DESeq2軟件進(jìn)行基因差異表達(dá)水平分析，以FDRlt;0.05 amp; |log2FC|gt;1的基因篩選為顯著差異表達(dá)基因（differentially expressed genes，DEGs）。將差異表達(dá)基因分別與GO、KEGG數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，利用Q值最小前20個GOterm和Pathway作圖；利用STRING 12.0蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫（http：//String-db.org）和Cytoscape V3.10進(jìn)行差異基因蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析和制作網(wǎng)絡(luò)圖。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用WPS Office 2023進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用IBM SPSS Statistics 27.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Originlab originpro 2021和GraphPad Prism 9.5等軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜果實(shí)膨大過程中的形態(tài)變化

甜瓜果實(shí)發(fā)育期一般為35 d左右。為了確定桂蜜12號甜瓜果實(shí)膨大關(guān)鍵期，在雌花授粉后5、20 d進(jìn)行果實(shí)表型形態(tài)觀察。由圖1可知，隨著果實(shí)膨大，果實(shí)橫徑由2.8 cm長至12.3 cm，增幅296.8%，果實(shí)縱徑由4.8 cm長至18.1 cm，增幅277.1 %，橫向膨大速度比縱向快；果實(shí)表面由發(fā)育初期帶白毛狀變?yōu)闊o毛而光亮；囊腔內(nèi)種子由白色漸變?yōu)槌燃t色，種子逐漸飽滿，果肉漸變橙色，說明桂蜜12號甜瓜經(jīng)過20 d生長發(fā)育，果實(shí)開始進(jìn)入成熟期。

2.2 RNA-Seq轉(zhuǎn)錄本質(zhì)量分析

轉(zhuǎn)錄組測序所得原始數(shù)據(jù)經(jīng)過質(zhì)量分析后，與已知甜瓜基因組（基因總數(shù)21 818個）進(jìn)行RNA序列比對。結(jié)果顯示（表1），Q30堿基質(zhì)量平均值為92.39%（5 d）、93.10%（20 d）；兩樣本共獲得92.14×106個比對序列，比對率分別為92.98%（5 d）、93.04%（20 d）。對序列組裝成轉(zhuǎn)錄本后，與參考基因模型進(jìn)行比較，兩樣本各檢測到22 035個基因表達(dá)，新基因（Novel_Genes）217個。

為了解各樣本整體基因表達(dá)重復(fù)性情況，采用小提琴圖對樣本基因表達(dá)豐度進(jìn)行分析（圖2），中位數(shù)（白線）水平位置基本一致，各樣本基因表達(dá)量log10（fpkm）值多數(shù)落在1～2，上位綠色線（上四分位數(shù)）分布基本一致。但20 d階段3個重復(fù)基因表達(dá)分布較5 d均勻，下位綠色線（下四分位數(shù)）兩時期基因表達(dá)一致。黑色圖形縱軸方向20 d長度比5 d長，說明20 d數(shù)據(jù)彌散程度較大，個別基因表達(dá)差異大，但總體上兩個階段基因表達(dá)豐度基本一致，多數(shù)基因表達(dá)量log10（fpkm）值在1～2。

2.3 甜瓜果實(shí)發(fā)育過程中差異表達(dá)基因時空表達(dá)

根據(jù)試驗(yàn)組間表達(dá)量差異倍數(shù)︱log2（fc）︱≥1及差異水平（FDR）p≤0.05條件對基因進(jìn)行篩選，結(jié)果（圖3-A～B）顯示，在5 d與20 d的比較中，共獲得差異表達(dá)基因（DEGs）2950個（褐色），上調(diào)基因1141個（紅色），下調(diào)基因1809個（藍(lán)色），無顯著差異基因19 085個（黑色），下調(diào)基因數(shù)多于上調(diào)基因數(shù)，說明果實(shí)在剛授粉時基因表達(dá)最強(qiáng)烈，生命特征旺盛，隨后在膨大進(jìn)程中，生理代謝處于下行階段。

2.4 差異表達(dá)基因GO和KEGG功能注釋和富集分析

對差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能注釋，結(jié)果（圖4-A）顯示，在富集Q值最顯著前20個GOterm條目中，差異基因表達(dá)一級富集分2類，包括細(xì)胞組分（cellular component，6個）和參與生物過程（biological process，14個）兩個過程，表明從宏觀上富集前20個條目的差異表達(dá)基因功能分布在2個類型上。它們涉及細(xì)胞壁8個（占40 %），細(xì)胞骨架3個（占15 %），糖代謝2個（占10 %），色素積累2個（占10 %），其他生長發(fā)育、外部封裝結(jié)構(gòu)組織、色素積累、細(xì)胞成分大小的調(diào)節(jié)等各1個（占5 %）。這些說明在果實(shí)膨大過程中，涉及細(xì)胞壁最多，是膨大進(jìn)程中最活躍的代謝生理之一。

對差異表達(dá)基因進(jìn)行KEGG代謝通路分析，結(jié)果（圖4-B）顯示，對于富集Q值最顯著的前20個pathway條目而言，一級富集途徑指向代謝（metabolism，16個）、遺傳信息（genetic information processing，1個）、環(huán)境信息處理（environmenta information processing，1個）、細(xì)胞過程（cellular processes，1個）等4個代謝途徑，說明差異基因主要富集到代謝途徑。其中，Q值最大映射為代謝途徑ko01100，涉及差異基因背景數(shù)量為2072個；上調(diào)比例最大為代謝途徑ko0052，涉及半乳糖代謝，富集到51個差異基因；RichFactor值最大為代謝途徑ko00998，涉及次生代謝產(chǎn)物生物合成，富集到2個差異基因。這說明在雌花授粉后5、20 d間形成果實(shí)的代謝差異，以代謝途徑為主。

依據(jù)上述GO和KEGG功能解釋，從雌花授粉5 d與20 d的果實(shí)基因差異表達(dá)中，篩選到細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因137個，占總差異基因的4.1%。其中，上調(diào)基因39個，占總候選基因的28.5%；下調(diào)基因98個，占總候選基因的71.5%，總體下調(diào)基因數(shù)量比上調(diào)數(shù)量多。

上調(diào)基因中（圖5-A），與細(xì)胞壁相關(guān)的蛋白、酶等基因修飾相關(guān)10個（GO：0009827// plant-type cell wall modification），占總上調(diào)候選基因數(shù)的25.6%，差異倍數(shù)較大，包括多聚半乳糖醛酸酶（At3g15720，ncbi：103494869，log2（fc）=14.85）、擴(kuò)張蛋白（EXPA8，ncbi：103496617，log2（fc）=1.41；EXLB1，ncbi：103503501，log2（fc）=3.07）、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶（XTH27，ncbi：103495069，log2（fc）=1.53）、XTH30，ncbi：103503575，log2（fc）=2.21）等基因；與激素相關(guān)的候選基因29個，其中與乙烯相關(guān)的13個，占激素相關(guān)基因數(shù)44.8%，接近一半，是上調(diào)最多的激素種類，說明乙烯是甜瓜果實(shí)膨大進(jìn)程中最為活躍的激素類型。

下調(diào)基因（圖5-B～C）中，篩選到與細(xì)胞壁修飾的蛋白、酶等相關(guān)候選基因22個，包括擴(kuò)張蛋白（EXPA1，ncbi：103489135；EXPB3，ncbi：103490518）、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶（XTH15，ncbi：103491388；XTH33，ncbi：103489017）、葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（GUX4，ncbi：103495046；GUX2，ncbi：103487894）等基因。篩選到與激素相關(guān)的候選基因76個，分別為CYCA3-2（ncbi：103487861C）、MAPKKK17（ncbi：103495976）、CDKB2-2（ncbi：103493849）等，細(xì)胞增殖相關(guān)激素占比最大。

2.5 細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因的互作關(guān)系

為探討細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因的互作關(guān)系，根據(jù)差異基因的表達(dá)量、蛋白互作等關(guān)系，對差異倍數(shù)[log2（fc）]≥3的41個候選基因（蛋白及酶等16個和激素25個）進(jìn)行基因相關(guān)性分析和蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析。

相關(guān)分析結(jié)果（圖6）顯示，蛋白及酶的上調(diào)相關(guān)基因與激素的上調(diào)相關(guān)基因呈正相關(guān)，如EXLB1與UGT73C2（R=0.81）、CYP88D6（R=0.73）；XTH31與ERF110（R=0.98）、ABR1（R=0.87）、BBM（R=0.84）；At4g23560與ABR1（R=0.91）。其中，XTH31與激素為呈正向顯著相關(guān)個數(shù)最多的基因，說明XTH31與激素關(guān)系更密切。相反，它們與下調(diào)的激素相關(guān)基因呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平。同理，下調(diào)的細(xì)胞壁修飾的酶及蛋白的相關(guān)基因與下調(diào)的激素相關(guān)基因呈正相關(guān)，如GUX2與MYB101（R=0.85）、SN1（R=0.89）、CTL2（R=0.92）、WAT1（R=0.84）、EXO70A1（R=0.96）、GPAT6（R=0.96）等呈顯著正相關(guān)；而其與上調(diào)激素相關(guān)基因呈負(fù)相關(guān)，XTH10與CYP88D6（R=-0.87）、ERF110（R=-0.84）、ABR1（R=-0.92）、UGT73C2（R=-0.91）等多個激素基因呈顯著負(fù)相關(guān)，說明XTH10更易受激素負(fù)向調(diào)控。

應(yīng)用STRING蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)庫（http：//string-db.org）中的互作關(guān)系，從數(shù)據(jù)庫中提取出差異基因集合，利用cytoscape構(gòu)建互作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。結(jié)果表明，由XTH31、EXLB1、CYP88D6、TAR2、CYP735A2、UGT73C2、ACO3等7個中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成上調(diào)蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖（圖7-A），它們可能在上調(diào)基因中起核心作用。同理，由EXPA1、XYL1、XTH33、CEL1、At2g01630、At3g07010、PGL3、MYB101、GASA1、ARAC7等10個中心節(jié)點(diǎn)構(gòu)成下調(diào)蛋白互作網(wǎng)絡(luò)圖（圖7-B），它們可能在下調(diào)候選基因中起核心作用。

3 討論與結(jié)論

3.1 細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)果實(shí)膨大

細(xì)胞通過調(diào)節(jié)細(xì)胞壁擴(kuò)張性能和重排細(xì)胞壁動態(tài)結(jié)構(gòu)而得以伸長膨大[21-22]。但是，細(xì)胞壁擴(kuò)張性能需要EXP、XTH、PG等修飾酶催化激活才能完成，這些酶活性直接或間接地影響細(xì)胞壁組成，進(jìn)而控制細(xì)胞寬度[22-23]。筆者通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，在甜瓜雌花授粉5、20 d的果實(shí)膨大生長期間，多聚半乳糖醛酸酶基因（At3g15720，PG）、擴(kuò)張蛋白基因（EXPA8，EXLB1）、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶基因（XTH27，XTH31）等10個細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因高度上調(diào)，排在GO富集顯著差異最前面，與果實(shí)不斷變大生長相吻合，且EXLB1和XTH31起核心作用。由此推斷，這些基因可能參與調(diào)控甜瓜果型大小。許多研究證實(shí)，CmEXPA12基因促進(jìn)甜瓜果實(shí)膨大[5]，過表達(dá)DkXTH1促進(jìn)轉(zhuǎn)基因番茄果實(shí)膨大[2，11]，PG參與果膠水解等[24]，本研究推斷的結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致。但是，據(jù)報(bào)道PG主要對果實(shí)起軟化調(diào)控作用，有關(guān)促進(jìn)膨大方面的研究鮮有報(bào)道，有待進(jìn)一步研究。

3.2 細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因表達(dá)促進(jìn)果實(shí)軟化

細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因均是多家族基因，它們參與多項(xiàng)功能，涉及植物生長發(fā)育、果實(shí)成熟軟化、非生物脅迫等重要功能[5]?，F(xiàn)已證實(shí)，McXTH參與調(diào)控海巴戟果實(shí)軟化[10]，超量表達(dá)EXP1使番茄果實(shí)變軟[25]；木聚糖葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶基因（GUX）屬于GT8家族成員，在木聚糖側(cè)鏈形成中發(fā)揮著重要的作用，參與某些原壁組分的合成[26]，但參與軟化調(diào)控方面的研究鮮有報(bào)道。在本研究中，編碼細(xì)胞壁修飾相關(guān)擴(kuò)張蛋白（EXPA1和EXPB3）、木葡聚糖內(nèi)糖基轉(zhuǎn)移酶（XTH15和XTH33）、木聚糖葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（GUX4和GUX2）等22個候選基因高度下調(diào)，并以EXPA1、XTH33等基因?yàn)橄抡{(diào)核心。同一家族中，下調(diào)數(shù)量比上調(diào)多，與果實(shí)在膨大進(jìn)程中不斷變硬生長一致。因此，結(jié)合前人研究結(jié)果推斷，表現(xiàn)下調(diào)細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因參與調(diào)控果實(shí)爽脆和硬度大小。但也有學(xué)者認(rèn)為，PG基因在果實(shí)成熟初期開始轉(zhuǎn)錄，直到成熟過程仍持續(xù)高表達(dá)[27]，與本試驗(yàn)中At3g15720（PG）表達(dá)相似，說明上調(diào)At3g15720基因在膨大階段參與調(diào)控果型大小，但在成熟階段可能轉(zhuǎn)為參與調(diào)控果實(shí)軟化。因此，對甜瓜果實(shí)發(fā)育5、20 d篩選獲得細(xì)胞壁修飾相關(guān)差異基因，按膨大、軟硬等功能分類，可大體分三類，第一類為主要與果實(shí)膨大相關(guān)基因，主要在膨大期上調(diào)表達(dá)；第二類為主要與果實(shí)軟化相關(guān)基因，在膨大期下調(diào)表達(dá)，但在成熟期轉(zhuǎn)為上調(diào)表達(dá)；第三類為可能膨大與軟化功能兩者兼有，在不同發(fā)育階段表達(dá)趨向相同，但功能不同，膨大期上調(diào)表達(dá)調(diào)控果實(shí)大小，成熟期上調(diào)表達(dá)調(diào)控軟化，但它們在成熟期實(shí)際表達(dá)作用仍需進(jìn)一步研究。

3.3 細(xì)胞壁修飾基因表達(dá)與細(xì)胞分裂的關(guān)系

在植物細(xì)胞中，細(xì)胞壁的修飾和形成過程與細(xì)胞分裂密切相關(guān)。一方面，植物細(xì)胞在分裂時會首先在內(nèi)部合成新的細(xì)胞壁，然后與現(xiàn)有的細(xì)胞壁融合，才最終完成細(xì)胞分裂?。另一方面，果實(shí)生長分為細(xì)胞分裂和細(xì)胞擴(kuò)展兩個階段，細(xì)胞分裂是細(xì)胞膨大的前期階段，它限定了果實(shí)最終的細(xì)胞數(shù)目，決定了果實(shí)最終的大小[28]。甜瓜、黃瓜等作物授粉后1～5 d是細(xì)胞快速分裂期，5 d后為細(xì)胞膨大、體積變大和間隙增加的膨大期[29-30]。本研究結(jié)果顯示，在細(xì)胞壁相關(guān)基因上調(diào)的同時，伴隨著細(xì)胞增殖相關(guān)的CYCA3-2、MAPKKK17、CDKB2-2等基因大量下調(diào)，且下調(diào)數(shù)多于上調(diào)數(shù)，說明桂蜜12號甜瓜果實(shí)膨大前期（1～5 d）可能以細(xì)胞分裂為主，膨大期（5～20 d）以細(xì)胞體積膨大為主，與前人研究一致。但是，細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因如何參與細(xì)胞分裂鮮有報(bào)道。另外，本研究中的甜瓜果實(shí)授粉5 d后較早進(jìn)入膨大期階段，以及20 d后果肉開始變?yōu)槌赛S，說明桂蜜12號膨大期比較短，可能與桂蜜12號為早熟品種有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為，甜瓜細(xì)胞分裂階段長短與果實(shí)大小相關(guān)[31]。所以，如何維持細(xì)胞分裂長短可能是今后選育早熟甜瓜的重要措施之一。

3.4 細(xì)胞壁修飾相關(guān)基因互作關(guān)系

參與細(xì)胞壁修飾的酶、蛋白和激素等物質(zhì)互為密切相關(guān)，它們協(xié)同調(diào)控細(xì)胞壁延伸、松弛等功能[32]。擴(kuò)張蛋白膨大的酸化環(huán)境需由IAA誘導(dǎo)，GA參與XTH促進(jìn)細(xì)胞壁擴(kuò)張，XTH促進(jìn)擴(kuò)張蛋白滲入細(xì)胞壁等[2]。越來越多的證據(jù)顯示，植物激素參與果實(shí)細(xì)胞壁修飾來促進(jìn)膨大和調(diào)控果實(shí)軟硬度。生長素IAA能夠促進(jìn)番茄果實(shí)SlXTH、黃瓜果實(shí)CsEXP10表達(dá)量上調(diào)[33-34]，促進(jìn)果實(shí)膨大，但對SlXTH2、多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性具有一定抑制作用，表達(dá)量下調(diào)，使果實(shí)變硬[34-35]；GA參與XTH、CsEXPb1等促進(jìn)細(xì)胞壁擴(kuò)張[2，36]；乙烯促進(jìn)榴梿DzEXP1、香蕉MaXE等基因表達(dá)[37-38]，這些生物功能可能與植物激素參與促進(jìn)細(xì)胞壁酸化有關(guān)[2]。在本研究中，XTH31、EXLB1與CYP88D6一致表現(xiàn)上調(diào)，它們之間的表達(dá)量呈顯著正相關(guān)，在蛋白互作中有直接關(guān)聯(lián)作用，進(jìn)一步說明細(xì)胞壁修飾相關(guān)的擴(kuò)張蛋白、赤霉素等物質(zhì)之間密切相關(guān)，共同促進(jìn)甜瓜果實(shí)膨大。

綜上所述，筆者運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組測序篩選出甜瓜果實(shí)膨大進(jìn)程中差異表達(dá)的基因，通過生物信息學(xué)方法對這些差異表達(dá)基因進(jìn)行分析和分類，推測它們與細(xì)胞壁修飾相關(guān)，共同參與果實(shí)大小、果實(shí)軟硬等生理調(diào)控，進(jìn)而影響果實(shí)品質(zhì)，但候選基因功能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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