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为探究甜瓜果实长度调控机制，研究人员开展 “综合分析转录组和代谢组以确定调控甜瓜果实长度的关键基因网络” 的研究。通过对长果和短果甜瓜进行多组学分析，识别出关键基因网络及相关基因。该研究有助于理解甜瓜果实发育分子机制，为标记辅助育种提供依据。
在瓜果飘香的农业世界里，甜瓜（Cucumis melo L.）凭借其独特的风味和丰富的营养价值，深受人们喜爱。它不仅是夏日消暑的佳品，更是农业经济中的重要作物。然而，甜瓜果实的形态各异，其中果实长度作为影响果实形状的关键指标，却一直是个神秘的 “未解之谜”。目前，对于调控甜瓜果实长度的基因研究十分有限，这就像在黑暗中摸索，找不到前进的方向，严重阻碍了甜瓜品质改良和育种工作的发展。为了打破这一困境，中国农业科学院郑州果树研究所的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。
他们以长果型甜瓜‘551’和短果型甜瓜‘B22’为研究对象，通过转录组和代谢组联合分析的方法，深入探究调控甜瓜果实长度的基因网络。这项研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为甜瓜果实发育的分子机制研究带来了新的曙光。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：首先，对不同发育阶段的甜瓜果实进行采样，包括授粉前 6 天（6 DBP）、授粉当天（DP）、授粉后 6 天（6 DAP）、10 DAP、20 DAP、30 DAP 和 40 DAP ，用于后续的代谢组和转录组分析；其次，运用 RNA 测序（RNA-seq）技术分析基因表达情况，通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达模块；此外，利用实时定量 PCR（qRT-PCR）技术对关键基因的表达进行验证。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 观察甜瓜果实表型发育：研究发现，在果实发育早期（6 DBP - 20 DAP），‘551’和‘B22’的果实长度和形状指数差异逐渐增大；而在后期（20 DAP - 40 DAP），差异逐渐减小。这表明果实发育早期是果实长度和形状变化的关键时期。
- 分析果实不同发育阶段的细胞差异：对果实进行细胞切片观察，发现‘551’在果实形成早期细胞分裂速率和细胞密度高于‘B22’，随着果实发育，细胞长度和面积变化不同，导致果实形状差异显著。这说明细胞发育过程在甜瓜果实形状形成中起着重要作用。
- 代谢组分析揭示果实发育过程中植物激素的动态变化：通过对植物激素的检测，发现生长素（IAA）、细胞分裂素（CTK）和赤霉素（GA）等多种激素在‘551’和‘B22’果实发育过程中的含量存在显著差异。其中，IAA 含量在‘551’中始终高于‘B22’，表明 IAA 在甜瓜果实伸长过程中起关键作用。
- 鉴定与甜瓜果实发育相关的差异表达基因（DEGs）：转录组分析表明，在果实发育不同阶段，共鉴定出 13,876 个差异表达基因。这些基因主要富集在植物激素信号转导等途径，进一步说明植物激素在果实发育中的重要调控作用。
- 识别共表达基因网络和关键候选基因：利用 WGCNA 分析，识别出 11 个不同的基因模块，其中 4 个模块与生长素、细胞分裂素和赤霉素显著相关。从这些模块中筛选出与细胞发育、微管发育和 IAA 信号转导相关的关键基因，如 MELO3C013875 和 MELO3C013606 等，它们可能共同调节甜瓜果实生长。
- 确定与细胞分裂、微管发育和 IAA 转导相关的基因：对相关基因进行深入研究，发现它们在果实发育早期表达差异明显，且与果实形态变化密切相关。例如，一些基因在‘551’和‘B22’中的表达模式不同，可能影响果实的最终形状。
- 研究植物激素信号转导途径上的基因：在植物激素信号转导途径中，提取了 16 个与 IAA 信号转导相关的 DEGs 。这些基因在果实发育不同阶段的表达模式不同，其中 MELO3C008672 和 MELO3C013367 被确定为关键候选基因，参与甜瓜果实伸长过程。
研究结论和讨论部分指出，本研究通过整合转录组和代谢组数据，全面解析了甜瓜果实发育过程中基因网络和植物激素的调控机制。研究发现，果实发育早期的形态差异主要由遗传因素决定，而植物激素如 IAA、CTK 和 GA 通过直接或间接影响细胞分裂和扩张，在果实长度形态发生中起关键作用。此外，研究还确定了一系列与细胞微管蛋白和细胞周期蛋白相关的关键基因，它们在果实发育的关键阶段呈现差异表达，进一步证实了 IAA 在调节果实大小方面的重要作用。
这项研究的重要意义在于，它为深入理解甜瓜果实发育的分子机制提供了新的视角，所鉴定出的关键基因网络和候选基因，为后续甜瓜品质改良和标记辅助育种提供了重要的理论依据和基因资源。未来，有望基于这些研究成果，培育出果实形状更优、品质更好的甜瓜品种，为农业生产带来新的突破和发展。
