甜瓜柱头呈色成分及其代谢相关基因分析

作     者：解志强 

作者单位：东北农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宏宇

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：甜瓜 柱头 色素 转录组 

摘      要：甜瓜[Cucumis melo L.（2n=2×=24）]是一年生草本植物,属于葫芦科甜瓜属,其果实中钙、磷、铁等矿物质以及胡萝卜素、尼克酸及维生素C等均具有较高含量,是深受消费者喜爱的水果之一,也是世界十大水果型蔬菜之一。近年来,随着种植面积与产业规模的不断扩大升级,针对甜瓜的育种工作变得尤其重要。甜瓜属于异花授粉经济作物,而柱头对于甜瓜的授粉和果实生殖发育起着重要作用。自然界中甜瓜柱头主要存在绿色和黄色,而其花瓣和花粉主要为黄色。在甜瓜授粉制种及果实生产中,绿色柱头与黄色花粉颜色差异较大,很容易观察到雌花柱头是否被授粉以及授粉均匀程度;另外,绿色柱头与花冠形成鲜明对比,大多数对紫外光区较敏感的传粉昆虫可以形成明显的花粉识别区域,更容易诱导昆虫等传粉者准确降落在柱头上完成授粉过程,进一步加快授粉进程,提高制种效率。因此,对甜瓜黄/绿色柱头的色素合成代谢途径相关基因表达的研究变得极其重要,这将为甜瓜柱头颜色的进一步研究提供良好的理论依据和实践基础。本研究以2个绿色柱头甜瓜品系（MR-1和X100）和2个黄色柱头甜瓜品系（M4-7和X193）为试验材料,分别对柱头发育不同时期颜色变化进行观察,测定不同发育时期的叶绿素和类胡萝卜素含量,并对绿色柱头材料MR-1和黄色柱头材料M4-7进行了转录组测序,主要研究结果如下:（1）两类甜瓜材料柱头发育初期颜色均为绿色,到雌花开放时,绿色柱头材料的柱头为绿色,而黄色柱头的甜瓜材料为黄色。通过田间试验观察,确定了甜瓜黄色柱头颜色颜色转化的时期。（2）通过对绿色柱头和黄色柱头材料的色素含量测定和数据分析,绿色柱头品系的柱头内叶绿素含量显著高于类胡萝卜素,柱头颜色呈绿色;黄色柱头品系中,叶绿素含量在雌花发育初期显著高于类胡萝卜素含量,至雌花开放时,类胡萝卜素含量显著高于叶绿素含量,从而导致柱头逐渐由绿变黄。（3）通过对MR-1绿色柱头与M4-7黄色柱头的转录组数据进行差异表达分析,并结合基因功能注释以及GO和KEGG通路富集结果,我们筛选出11个参与叶绿素合成,4个参与叶绿素降解和2个参与类胡萝卜素合成的基因。11个参与叶绿素合成的基因在绿色柱头材料MR-1中3个时期的表达量均显著高于M4-7,参与叶绿素降解4个基因的表达量显著低于M4-7;参与类胡萝卜素合成的2个基因在绿色柱头材料MR-1中的表达量显著高于M4-7。因此可以推测这些基因的不同表达模式使得甜瓜柱头呈现出黄色和绿色。（4）荧光定量PCR验证了5个差异表达基因的表达水平。荧光定量PCR分析了5个差异基因在3个阶段的表达模式,结果显示与MR-1和M4-7的转录组测序结果基本一致,说明转录组数据可信。这5个差异基因在绿色柱头的两个材料中表达模式一致;在两个黄色柱头材料中表达模式也相同。