脱落酸途径调控西瓜果实成熟及品质进化

王晋芳 许勇 王艳萍

目的与意义：西瓜是一种非呼吸躍变果实，经过漫长的进化，由不能正常成熟的野生西瓜进化成现代栽培西瓜。但是，西瓜的进化机制及脱落酸在进化中的作用机制尚不明确。以栽培西瓜（‘97103）、半野生西瓜（‘PI179878）及野生西瓜（‘PI296341）为研究材料，测定不同西瓜品种成熟过程中游离态及结合态ABA的含量，并利用课题组已经建立的西瓜不同发育时期的转录组数据，对西瓜果实成熟过程中ABA代谢相关基因及ABA信号途径相关基因进行分析，探索脱落酸在西瓜果实成熟过程中的作用。

材料与方法：利用质谱联用的方法测定不同西瓜品种成熟过程中游离态及结合态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收集样品，包括中心果肉、胎座、中果皮及种子;野生西瓜（‘PI296341）在授粉10、18、26、34、42、50 d收集样品，包括中心果肉、胎座、中果皮及种子。其次，利用中国农业大学生物质谱平台提供的检测方法，对西瓜果实中的游离ABA及结合态ABA（ABA-GE）进行检测。为了进一步明确ABA在西瓜果实成熟过程中的作用，对授粉15 d后的‘97103品种外源施加ABA或ABA合成抑制剂NDGA，观察是否影响西瓜果实的成熟，并利用手持糖度计ATC-1E检测中心果肉的可溶性固形物，利用FT-327硬度计检测中心果肉的硬度。通过课题组已经建立的西瓜不同发育时期的转录组数据，对西瓜果实成熟过程中ABA代谢相关基因及ABA信号途径相关基因进行分析;并利用100余份重测序信息对差异表达基因进行单倍型分析，进一步明确造成栽培品种及野生品种中ABA含量差异的原因。

结果与分析：（1） ABA含量与西瓜果实发育和成熟是高度相关的。随着果实发育成熟，栽培西瓜（‘97103）、半野生西瓜（‘PI179878）中心果肉、胎座及中果皮中的游离ABA含量和结合态ABA的含量逐渐升高，在授粉后34 d达到了峰值;野生西瓜（‘PI296341）果实中的ABA含量显著低于栽培品种及半野生品种，且维持在较低的水平;栽培品种、半野生品种及野生品种种子中的ABA含量没用显著差异。通过对31种代表性材料的分析发现，ABA含量与可溶性固形物的含量是高度相关的。以上试验说明，ABA参与调控西瓜果实成熟及品质的形成。（2） ABA含量影响栽培西瓜果实成熟。外源施加ABA促进了西瓜果实成熟，提高了可溶性固形物含量，降低了果实硬度;外源施加ABA抑制剂NDGA抑制了西瓜果实成熟，降低了可溶性固形物含量，提高了果实硬度。（3） ABA代谢关键基因ClNCED及ClCYP707在西瓜果实成熟及发育过程中动态表达。ClNCEDs（Cla005404和Cla009779）在中心果肉中的表达趋势一致，随着果实成熟表达升高，在授粉后34 d达到了峰值。ClCYP707As（Cla0016011及Cla20673）的表达随着果实的成熟逐渐降低，以上结果表明，西瓜果实成熟过程中ABA代谢基因的表达可能影响ABA含量。（4）ABA代谢及ABA信号转导相关基因在栽培和野生西瓜中的表达模式不同。西瓜果实成熟过程中，Cla005404 （NCED）、Cla009779（NCED）、Cla020673（CYP707A）、Cla006655（UGT）和Cla020180 （SnRK2）动态表达，且在栽培品种和野生品种中存在差异。（5）ABA通路基因启动子区的遗传变异可能是与西瓜果实进化有关。CYP707As（Cla020673）的启动子区域上有3个SNP（-738，C/A;-1681，C/T;-1832，G/T） ，ClSnRK2.3（Cla020180）的启动子区域上有1个SNP（-701，G/A）。

结    论：ABA在西瓜果实成熟及品质进化过程起重要作用。ABA含量与可溶性固形物含量及西瓜进化的状态是高度相关的。ABA通路上关键基因Cla020673（CYP707A）及Cla020180（SnRK2）的启动子上具有SNP，与可溶性固形物含量是高度相关的。为揭示西瓜果实成熟提供了一定的理论基础，为今后挖掘ABA参与调控西瓜果实成熟与品质进化的分子机制奠定基础。