转录组分析揭示甜瓜果实脐部发育机制：探寻提升果实外观品质的关键

《BMC Plant Biology》：Transcriptome profiling reveals the mechanism of fruit navel development in melon (Cucumis melo L.)

为探究甜瓜果实脐部发育的调控因素与分子机制，河北农业大学研究人员以甜瓜自交系‘T03’和大脐突变体‘BFN’为材料开展研究。通过 RNA 测序（RNA-seq）等技术，发现 116 个差异表达基因（DEGs），明确了 MELO3C001812和 MELO3C004329等关键负调控因子，为提升甜瓜外观品质提供方向。

　　在水果的世界里，甜瓜凭借其香甜的口感深受人们喜爱。然而，甜瓜果实脐部的大小却严重影响着果实的外观品质，这可让种植户和消费者都有些烦恼。一直以来，甜瓜果实脐部发育的调控因素和分子机制都如同神秘的面纱，让人难以捉摸。为了揭开这层面纱，河北农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项意义重大的研究。
他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上。研究发现了影响甜瓜果实脐部发育的关键因素，这对于提升甜瓜的外观品质、增加其经济价值有着至关重要的意义。
研究人员采用了多种技术方法。首先是表型分析，通过仔细观察不同生长阶段甜瓜果实脐部的形态变化，记录其大小、形状等特征。其次是 RNA 测序（RNA-seq）技术，对不同发育阶段的甜瓜果实脐部组织进行测序，分析基因表达情况，筛选出差异表达基因（DEGs）。最后利用逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR）对 RNA-seq 的结果进行验证，确保研究数据的可靠性。
在研究结果方面，研究人员先对‘T03’和‘BFN’甜瓜果实脐部进行表型分析。在早期绿芽阶段，‘T03’和‘BFN’甜瓜果实脐部形态差异不明显，但从绿芽阶段开始，‘BFN’果实脐部直径明显大于‘T03’，‘BFN’果实脐部开始隆起，而‘T03’果实脐部仍略凹陷，到成熟阶段，‘T03’果实脐部直径为 1.57cm，‘BFN’果实脐部直径达 4.10cm。
接着进行转录组分析，对‘T03’和‘BFN’甜瓜果实脐部在绿芽（GB）和开花期子房（OA）阶段进行 RNA-seq。主成分分析（PCA）显示，不同样本聚类明显，表明‘BFN’和‘T03’在这两个阶段果实脐部基因表达谱存在差异。进一步筛选出 DEGs，在 GB 阶段，GB-BFN 与 GB-T03 相比，有 186 个基因上调，394 个基因下调；在 OA 阶段，‘BFN’果实脐部与‘T03’相比，1404 个基因上调，478 个基因下调。选取 8 个 DEGs 进行 RT-qPCR 验证，结果与 RNA-seq 数据一致，证实了 RNA-seq 结果的可靠性。
研究人员还对 DEGs 进行 KEGG 富集分析，发现 116 个 DEGs 显著富集在 “倍半萜和三萜生物合成”“昼夜节律 - 植物”“半乳糖代谢” 和 “各种生物碱的生物合成” 等通路。其中，“倍半萜和三萜生物合成” 通路中的两个萜烯环化酶 / 变位酶基因 MELO3C₀₀₁₈₁₂和 MELO3C₀₀₄₃₂₉在‘BFN’果实各检测阶段转录本均显著下调。
此外，研究还发现多个转录因子家族成员在果实脐部发育过程中差异表达，如 AP2/ERF、MYB、C2H2、MADS-box、同源异型盒结构域和 bZIP 等家族。这些转录因子可能通过结合靶基因启动子区域的顺式作用元件，调控果实脐部发育相关基因的表达。
在研究结论与讨论部分，研究明确了 116 个与甜瓜果实脐部发育相关的 DEGs，其中 MELO3C₀₀₁₈₁₂和 MELO3C₀₀₄₃₂₉可能是果实脐部发育的关键负调控因子。这一发现为深入理解甜瓜果实脐部发育机制提供了理论依据，也为后续通过基因工程手段改良甜瓜果实外观品质奠定了基础。未来，研究人员可进一步利用 CRISPR/CAS 系统对相关基因进行功能验证，探索环境因素和激素对果实脐部发育的影响，为甜瓜种植提供更有效的技术支持，从而提高甜瓜的市场竞争力，满足消费者对高品质甜瓜的需求。