對比轉錄組分析揭示西瓜果實可溶性糖 和有機酸積累的關鍵基因

高磊 趙勝杰 路旭強 何楠 朱紅菊 豆峻嶺 劉文革

目的與意義：可溶性糖、有機酸和芳香是果實風味物質的重要成分，對果實的感官品質具有重要影響?？扇苄蕴呛陀袡C酸的組分與含量對果實的感官品質起決定作用。果實品質改良是西瓜育種項目的重要目標。目前，對西瓜果實發育過程中有機酸的研究較少，參與有機酸積累和代謝的相關基因還未見報道，可溶性糖和有機酸如何進行相互轉化還不清楚。因此筆者通過測定近等基因系材料中西瓜果實不同發育時期的可溶性糖和有機酸含量，結合轉錄組測序分析，對參與西瓜果實發育和成熟過程中可溶性糖和有機酸積累與代謝過程的差異表達基因進行篩選和鑒定，為西瓜品質分子育種奠定理論基礎。

材料與方法：以中國農業科學院鄭州果樹研究所多倍體西瓜課題組經過多代自交的西瓜栽培品系‘203Z和具有果實酸味的近等基因系‘SW為試驗材料，分別取開花授粉后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。采用離子色譜法對果實中的可溶性糖和有機酸含量進行測定。使用深圳華大基因BGISEQ-500測序平臺進行cDNA文庫構建和測序，對原始數據過濾后，使用比對軟件Bowtie2，將clean reads比對到參考基因，使用HISAT）將clean reads比對到參考基因組，使用RSEM工具（Florea et al.，2013）進行基因表達定量，NOISeq（Tarazona et al.，2011）軟件包用于篩選具有生物學重復的兩組間差異表達基因，對差異表達基因進行GO和KEGG通路富集分析。

結果與分析：（1）西瓜果實中的可溶性糖主要是果糖、蔗糖和葡萄糖，蘋果酸和檸檬酸是主要有機酸，其次是草酰乙酸。同一個發育時期的果實相比，‘203Z果實中心可溶性固形物、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量都要稍高于其近等基因系‘SW，但二者的變化趨勢一致。‘SW果實中蘋果酸、檸檬酸和草酰乙酸的含量都要顯著高于同一個發育時期的‘203Z，但pH低于同時期的‘203Z，果實中有機酸含量的動態變化趨勢在‘203Z和‘SW上是一致的。（2）對轉錄組數據中的差異表達基因進行分析，發現參與糖代謝的基因包括3個蔗糖合成酶基因，1個蔗糖磷酸化酶基因，4個β半乳糖苷酶基因，7個果糖二磷酸醛縮酶基因和4個棉子糖合成酶基因。共有10個DEGs參與有機酸的代謝過程，包括6個蘋果酸脫氫酶基因，1個蘋果酸合成酶基因，1個鋁介導的蘋果酸轉運因子，1個檸檬酸合成酶基因和1個ATP檸檬酸裂解酶基因。

結? ? 論：在這項研究中，測定西瓜不同發育時期的果實樣品中可溶性糖和有機酸含量，證實西瓜果實中的可溶性糖主要是果糖、蔗糖和葡萄糖，有機酸主要是蘋果酸和檸檬酸;對果實不同發育時期的RNA樣品進行轉錄組測序和分析，鑒定幾個關鍵的差異表達基因參與西瓜果實中可溶性糖和有機酸的代謝過程。這是以近等基因系西瓜為試驗材料進行比較轉錄組分析的第一篇研究報告，對加深理解西瓜果實發育和成熟過程中可溶性糖和有機酸代謝的分子機制具有重要的參考價值。