多倍体西瓜果实番茄红素合成与代谢关键酶基因的表达分析

以西瓜基因纯合二倍体、人工诱导的同源四倍体和杂交配组的三倍体为材料，研究西瓜果实番茄红素合成与代谢过程中各种关键物质的变化，检测关键酶基因（GGPS、 PSY、PDS、ZDS、LCYb和LCYe)的转录表达、酶活及酶蛋白含量，分析不同染色体倍性材料间酶活、酶蛋白含量和酶基因的表达差异与番茄红素积累的相关性，以期从基因表达水平上解释西瓜多倍体番茄红素积累增加的遗传机制，为培育高番茄红素含量西瓜品种提供科学依据。

我国是西瓜生产与消费大国，种植面积201万公顷，占世界西瓜生产面积的58%。西瓜中富含多种营养成份，其中番茄红素是一种强抗氧化剂，它不仅具有抗癌抑癌的功效，而且预防心血管疾病等具有重要意义。研究发现多倍体西瓜中番茄红素等次生物质含量高于其同源二倍体。是否由于多倍体的基因剂量效应改变了番茄红素合成酶基因的表达，使番茄红素的积累增加？为了揭示这种多倍体优势产生的机理，本项目以同基因型不同倍性西瓜品种（2X、3X和4X）为材料，研究不同倍性西瓜果实发育过程中番茄红素的积累机理。克隆分离控制番茄红素合成的5个关键酶基因（八氢番茄红素合成酶基因PSY、八氢番茄红素脱氢酶基因PDS、ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS、类胡萝卜素异构酶基因CRTISO、番茄红素β环化酶基因LCYb），深入研究这些酶基因在不同倍性西瓜果实发育过程的转录表达差异，以期从基因表达水平上阐明多倍体西瓜高番茄红素含量的分子机理。.本研究以三组同基因型不同倍性的西瓜为试验材料，其中“中9”和“蜜枚”为红色果肉，“黄枚”为柠檬黄果肉。通过分光光度法和高效液相色谱结合的方法测定不同倍性西瓜果实发育过程中番茄红素积累量的变化，结果发现：红瓤西瓜的番茄红素含量差异均表现为三倍体＞四倍体＞二倍体，而柠檬黄瓤西瓜黄枚果实发育过程中番茄红素含量都处于很低的水平。通过实时荧光定量分析番茄红素合成途径5个关键酶基因的表达差异发现，在西瓜果实发育过程中，PSY基因的表达量表现为四倍体＞三倍体＞二倍体，且相较于其他基因，PSY的表达量在各个生长发育时期都是最高的。在红瓤西瓜中LCYb的表达量是5个基因中最低的，而在黄瓤西瓜中LCYb的表达量仅次于PSY。同时，比较不同倍性西瓜不同发育时期根、茎、叶中5个关键酶基因的表达量差异，并测定相关内源激素含量，分析不同倍性间番茄红素和内源激素的相关性。结果表明：GA的含量在不同倍性西瓜发育过程中呈现逐渐降低的趋势，和番茄红素的积累呈负相关；二倍体西瓜ABA含量变化的趋势和番茄红素积累趋势基本一致，都是在后期含量有所升高。本项目从基因表达水平上阐明了多倍体西瓜高番茄红素含量的分子机理，为培育高番茄红素含量西瓜品种提供一定科学依据。本项目发表科技论文10篇，其中SCI 论文2篇，国际学术会议报告2次，会议论文9篇，获2015年河南省科技进步二等奖1项；毕业硕士研究生3名，在读博士和硕士研究生3名。