脫落酸途徑調控西瓜果實成熟及品質進化

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，經過漫長的進化，由不能正常成熟的野生西瓜進化成現代栽培西瓜。但是，西瓜的進化機制及脫落酸在進化中的作用機制尚不明確。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及結合態ABA的含量，并利用課題組已經建立的西瓜不同發育時期的轉錄組數據，對西瓜果實成熟過程中ABA代謝相關基因及ABA信號途徑相關基因進行分析，探索脫落酸在西瓜果實成熟過程中的作用。

材料與方法：利用質譜聯用的方法測定不同西瓜品種成熟過程中游離態及結合態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，利用中國農業大學生物質譜平臺提供的檢測方法，對西瓜果實中的游離ABA及結合態ABA（ABA-GE）進行檢測。為了進一步明確ABA在西瓜果實成熟過程中的作用，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的成熟，并利用手持糖度計ATC-1E檢測中心果肉的可溶性固形物，利用FT-327硬度計檢測中心果肉的硬度。通過課題組已經建立的西瓜不同發育時期的轉錄組數據，對西瓜果實成熟過程中ABA代謝相關基因及ABA信號途徑相關基因進行分析;并利用100余份重測序信息對差異表達基因進行單倍型分析，進一步明確造成栽培品種及野生品種中ABA含量差異的原因。

結果與分析：（1） ABA含量與西瓜果實發育和成熟是高度相關的。隨著果實發育成熟，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含量和結合態ABA的含量逐漸升高，在授粉后34 d達到了峰值;野生西瓜（‘PI296341）果實中的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現，ABA含量與可溶性固形物的含量是高度相關的。以上試驗說明，ABA參與調控西瓜果實成熟及品質的形成。（2） ABA含量影響栽培西瓜果實成熟。外源施加ABA促進了西瓜果實成熟，提高了可溶性固形物含量，降低了果實硬度;外源施加ABA抑制劑NDGA抑制了西瓜果實成熟，降低了可溶性固形物含量，提高了果實硬度。（3） ABA代謝關鍵基因ClNCED及ClCYP707在西瓜果實成熟及發育過程中動態表達。ClNCEDs（Cla005404和Cla009779）在中心果肉中的表達趨勢一致，隨著果實成熟表達升高，在授粉后34 d達到了峰值。ClCYP707As（Cla0016011及Cla20673）的表達隨著果實的成熟逐漸降低，以上結果表明，西瓜果實成熟過程中ABA代謝基因的表達可能影響ABA含量。（4）ABA代謝及ABA信號轉導相關基因在栽培和野生西瓜中的表達模式不同。西瓜果實成熟過程中，Cla005404 （NCED）、Cla009779（NCED）、Cla020673（CYP707A）、Cla006655（UGT）和Cla020180 （SnRK2）動態表達，且在栽培品種和野生品種中存在差異。（5）ABA通路基因啟動子區的遺傳變異可能是與西瓜果實進化有關。CYP707As（Cla020673）的啟動子區域上有3個SNP（-738，C/A;-1681，C/T;-1832，G/T） ，ClSnRK2.3（Cla020180）的啟動子區域上有1個SNP（-701，G/A）。

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