籽瓜、黏籽和普通西瓜的果实代谢组比较

【目的】西瓜是一种广受欢迎的夏季水果,籽用西瓜(籽瓜)、黏籽西瓜和普通西瓜是3种重要的栽培类型,但对其果实中代谢物全面鉴定的研究很少,比较这3种西瓜果实的代谢组学差异,为明确驯化改良对不同类型西瓜代谢组的影响提供新见解。【方法】试验以5份籽用西瓜、5份黏籽西瓜和6份普通西瓜为材料,对成熟期果肉进行广泛靶向代谢组学检测,采用SIMCA-P、MetaboAnalyst 5.0、Origin等软件对代谢组数据进行分析。【结果】LC-MS分析共检测到323种代谢物,包括51种氨基酸及其衍生物、21种核苷酸及其衍生物、14种碳水化合物、32种有机酸、52种脂质、36种类黄酮、32种羟基肉桂酰衍生物等。PCA和聚类分析显示,籽用西瓜和黏籽西瓜的代谢组学轮廓差异较小,籽用西瓜的代谢组轮廓介于黏籽西瓜和普通西瓜之间。对分类贡献率较大的代谢物是蔗糖、柠檬酸、L-谷氨酸、L-苏氨酸、葫芦素类、香草酸糖苷异构体、脂质类等。聚类热图分析显示黏籽西瓜中特有的代谢物是葫芦素及其衍生物等,籽用西瓜中的绿原酸、LysoPE脂质类等化合物含量较高,普通西瓜中的糖类、精氨酸、阿魏酸及C18-2和C18-3不饱和脂肪酸等物质含量较高。比较分析共鉴定出156种差异代谢物,籽用西瓜与黏籽西瓜的主要差异代谢物有对香豆醛、阿魏酸、肉桂酸、蔗糖、葫芦素D O-葡萄糖苷、葫芦素E异构体、牡荆素、松柏醇等。籽用西瓜与普通西瓜的主要差异代谢物有脂质类、类黄酮类、有机酸类和糖类等。随着作物进化的程度增加,营养类代谢物质含量增加,抗性相关的代谢物质含量减少。【结论】籽用西瓜和黏籽西瓜的果实代谢组差异比籽用西瓜和普通西瓜的差异小,籽用西瓜的代谢轮廓介于黏籽西瓜和普通西瓜之间。除了表型和基因组差异外,代谢组差异也可以作为区分品种的重要依据。本研究首次在代谢组学水平比较了3种类型西瓜果实的差异,对深入理解西瓜种质资源,培育保健型西瓜新品种有重要的指导意义。

西瓜果肉柠檬黄色的遗传分析和基因定位

【目的】对西瓜白色和柠檬黄色果肉的色素成分、色素含量、遗传规律进行研究,通过BSA-seq进行基因定位,并预测与柠檬黄色果肉相关的候选基因,为深入研究西瓜柠檬黄色果肉的遗传与分子机制奠定理论基础。【方法】本研究选用‘冰糖脆’(ⅠP1,白色果肉)和‘喜华’(ⅠP2,柠檬黄色果肉),‘萨省奶油瓜’(ⅡP1,白色果肉)和‘新金兰选’(ⅡP2,柠檬黄色果肉)4份纯合自交系材料为亲本分别配置杂交组合,构建了两个六世代群体。利用高效液相色谱法(HPLC)对4个亲本材料4个不同发育时期的类胡萝卜素组分和含量进行测定。利用集群分离分析法(bulked segreant analysis,BSA)实现对两个BSA-seq群体(BSA-seqⅠ和BSA-seqⅡ)的初定位,然后根据西瓜参考基因组‘97103’V2注释信息挖掘候选基因,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对候选基因进行验证。【结果】在西瓜果实发育过程中,紫黄质和叶黄素在双亲中差异性积累,其中紫黄质具有更高的含量,且在柠檬黄色果肉中的含量显著高于白色果肉。成熟期西瓜白色果肉中紫黄质含量为(10.96±4)μg·g^(-1) DW,柠檬黄果肉中紫黄质含量为(22.84±2)μg·g^(-1) DW;成熟期西瓜白色果肉中叶黄素含量为(2.23±1)μg·g^(-1) DW,柠檬黄果肉中叶黄素含量为(3.97±1)μg·g^(-1) DW。在构建的两组六世代分离群体中,ⅠF_(1)、ⅡF_(1)、ⅠBC_(1)P_(1)、ⅡBC_(1)P_(1)群体西瓜果肉颜色均为非柠檬黄色,F2群体中西瓜果肉非柠檬黄色与柠檬黄色的分离比符合3∶1的孟德尔分离比例,ⅠBC_(1)P_(2)、ⅡBC_(1)P_(2)回交群体果肉非柠檬黄色和柠檬黄色分离比符合1∶1,表明西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。通过对BSA-seqⅠ和BSA-seqⅡ数据进行SNP和InDel关联分析,将控制西瓜果肉柠檬黄色的主效位点定位在6号染色体24.00-24.61 Mb的区域内,该区域内共有70个基因。结合西瓜参考基因组注释信息及qRT-PCR表达量分析,最终得到5个与西瓜果肉柠檬黄色有关的基因,其中Cla97C06G121680、Cla97C06G121700和Cla97C06G121890均与叶绿体的形成和叶绿体结构大小有关,这3个基因通过干预有色体的形成影响西瓜果肉颜色;Cla97C06G121910是一种响应乙烯合成的AP2转录因子,与果实成熟密切相关,通过影响果实成熟造成果肉中类胡萝卜素的积累;Cla97C06G122090具有跨膜转运作用,在类胡萝卜素的跨膜运输中起作用。【结论】西瓜白色和柠檬黄色果肉中主要色素为紫黄质和叶黄素,且柠檬黄色果肉中的色素积累量显著高于白色果肉。西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状。BSA-seq分析将调控西瓜果肉柠檬黄色形成的一个主效位点定位于6号染色体24.00-24.61 Mb区间内,推测Cla97C06G121680、Cla97C06G121700、Cla97C06G121890、Cla97C06G122090、Cla97C06G121910是与西瓜果肉柠檬黄色形成相关的候选基因。

黏籽西瓜、籽瓜和普通西瓜的植物学性状比较分析

西瓜属于葫芦科的重要水果作物,栽培类型丰富多样,其中黏籽西瓜、籽瓜和普通西瓜是被人类栽培和食用的主要类型,但是这3种类型西瓜的植物学性状差异并没有被系统调查过。针对18份黏籽西瓜、38份籽瓜、174份普通西瓜品种的14个植物学性状进行调查和统计分析,结果显示,供试西瓜品种的植物学性状变异范围大,不同性状在3种类型西瓜之间的差异显著,籽瓜和黏籽西瓜的表型更相似。系统聚类和PCA分析可以将3种类型的西瓜品种基本区分开来,籽瓜介于黏籽西瓜和普通西瓜之间。该研究结果有助于充分了解和利用西瓜种质资源,能够为培育理想株型和优质的西瓜新品种提供科学依据。

蔬菜作物中类胡萝卜素研究进展

类胡萝卜素是一种重要的天然色素,广泛存在于动植物以及微生物体内,是人体维生素A的主要来源,对人类健康具有重要作用。在蔬菜作物中,不同种类和含量的类胡萝卜素赋予其颜色的多样性。植物类胡萝卜素积累是一个复杂的过程。它与有色体发育有关,由多个结构基因和转录因子调控,还受环境因素影响。本文对蔬菜作物中类胡萝卜素的合成代谢途径及其影响因子进行概述,以期为蔬菜作物的外观及营养品质改良提供理论依据。