豆峻嶺 袁平麗 趙勝杰 何楠 朱紅菊 高磊 姬萬(wàn)麗 路緒強(qiáng) 劉文革

目的與意義：番茄紅素是一種強(qiáng)抗氧化劑，其抗氧作用是維生素E的100倍，西瓜中富含番茄紅素，而且西瓜果實(shí)中的番茄紅素鮮食即可被人體直接吸收而產(chǎn)生保健作用。有研究表明，三倍體無(wú)籽西瓜及同源四倍體西瓜的番茄紅素、瓜氨酸和維生素C等次生物質(zhì)含量顯著高于其二倍體祖先。西瓜多倍體為什么會(huì)產(chǎn)生這些優(yōu)勢(shì)？其多倍體優(yōu)勢(shì)機(jī)制是什么？本研究通過(guò)對(duì)不同倍性西瓜果實(shí)發(fā)育不同時(shí)期番茄紅素的積累差異、合成酶基因的表達(dá)差異和不同基因劑量酶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控差異以及與番茄紅素相關(guān)內(nèi)源激素的積累差異進(jìn)行分析，以期從基因表達(dá)水平上闡明多倍體西瓜高番茄紅素含量的分子機(jī)制。

材料與方法：以不同瓤色純合的同基因型不同倍性西瓜品種作為材料，二倍體（2n=2X=22）西瓜品種‘蜜枚（紅瓤）、‘黃枚（黃瓤）分別經(jīng)人工誘導(dǎo)形成四倍體（4n=4X=44），然后再與各自的二倍體雜交形成純合的三倍體無(wú)籽西瓜品種‘蜜枚、‘黃枚（3n=3X=33）。從授粉后10 d開(kāi)始采取果肉樣品，每次每個(gè)品種取3個(gè)長(zhǎng)勢(shì)及坐瓜節(jié)位相近的果實(shí)，切開(kāi)去籽后取果實(shí)中部瓜瓤樣品。單瓜采樣，每隔5 d采1次樣，直到果實(shí)過(guò)熟（授粉后40 d）。樣品分2份，1份將樣品勻漿成汁后保存于-20℃用于番茄紅素的測(cè)定，另1份液氮速凍后保存于-80℃用于RNA提取。每個(gè)瓜瓤樣品重復(fù)測(cè)定3次。以高效液相色譜（HPLC）法測(cè)定西瓜果實(shí)中番茄紅素含量。以實(shí)時(shí)熒光定量PCR法對(duì)番茄紅素合成基因（PSY， PDS， ZDS， CRTISO， LCYb）進(jìn)行不同倍性不同發(fā)育時(shí)期的熒光定量分析。以ELISA（酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)）法測(cè)定果瓤中內(nèi)源激素含量。

結(jié)果與分析：（1）黃瓤品種中番茄紅素一直維持在較低的水平。同一基因型不同倍性間的紅瓤品種番茄紅素含量表現(xiàn)為多倍體大于二倍體，在發(fā)育后期，紅瓤西瓜的番茄紅素含量都表現(xiàn)為三倍體大于四倍體，四倍體大于二倍體。（2）紅瓤西瓜在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中PSY的表達(dá)量一直表現(xiàn)為四倍體>三倍體>二倍體，在授粉后25 d時(shí)各個(gè)倍性PSY的表達(dá)量都達(dá)到最大值，在所研究的5個(gè)基因中，PSY的表達(dá)量在各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期幾乎都是最高的，尤其在授粉后25 d，不同倍性間PSY的表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它基因。（3）在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中，紅瓤西瓜PDS、ZDS、CRTISO的表達(dá)量幾乎都大于黃瓤西瓜，而PSY基因在黃瓤西瓜中的表達(dá)量較高，LCYb的表達(dá)量在發(fā)育前期表現(xiàn)為紅瓤大于黃瓤，發(fā)育后期黃瓤大于紅瓤。（4）在果實(shí)發(fā)育初期，IAA是5種激素中含量最高的，普通二倍體西瓜的生長(zhǎng)期一般為35 d左右，到達(dá)過(guò)熟時(shí)二倍體和四倍體（授粉后40 d）IAA含量都有所降低，而三倍體中IAA含量卻有所升高。對(duì)于二倍體西瓜來(lái)說(shuō)，幼果期， IAA、GA、ZR含量相對(duì)較高，而ABA含量較低，在后期ABA的含量一直維持在較高的水平。整體來(lái)說(shuō)，果實(shí)發(fā)育前期，IAA和GA含量較高，ABA含量相對(duì)較低;到果實(shí)發(fā)育后期，IAA含量繼續(xù)增加、GA水平低落，而ABA含量再次上升，此時(shí)ABA的上升比GA下降所起的作用大。GA和番茄紅素的合成共用同一底物，GA的含量在不同倍性西瓜發(fā)育過(guò)程中呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，這和番茄紅素的積累呈負(fù)相關(guān)。

結(jié)? ? 論：（1）各基因的最高表達(dá)量都出現(xiàn)在授粉后25 d，說(shuō)明授粉后25 d是番茄紅素積累的關(guān)鍵時(shí)期。（2）PSY和LCYb是西瓜果實(shí)番茄紅素積累的關(guān)鍵基因。（3）PSY、LCYb和CRTISO在紅瓤西瓜中表現(xiàn)為二倍體大于多倍體，黃瓤西瓜中表現(xiàn)為多倍體大于二倍體，我們推測(cè)不同倍性間番茄紅素含量的差異和瓤色有關(guān)，而這3個(gè)基因可能起著主導(dǎo)作用。（4）GA和番茄紅素合成共用同一底物，它們之間的負(fù)相關(guān)說(shuō)明GA的積累和番茄紅素合成之間的關(guān)系較為密切。