西瓜品质形成基因的数字表达分析与关键基因解析

在已构建西瓜果实不同发育时期cDNA全长文库与454测序技术获得海量EST信息的工作基础上，本项目采用功能基因组学和生物信息学相结合的方法探索西瓜品质形成过程中表达基因的类型和丰度信息，建立西瓜品质形成相关基因数字表达谱，尝试从分子水平解析以糖类物质代谢途径为重点的西瓜品质形成相关生化代谢途径，并试图鉴定与克隆品质形成关键节点基因。同时利用海量EST信息大规模开发SSR和SNP标记，迅速提高西瓜遗传图谱的密度，并进行西瓜重要品质性状的QTL定位，初步构建西瓜品质改良的分子标记辅助育种技术体系，这将从整体水平深入研究西瓜品质形成的分子机制和基因调控网络，为高品质西瓜的定向与精准育种提供理论依据。

本项目分析了西瓜果实4个发育阶段（授粉后10天、18天、26天和34天）的可溶性糖含量、有机酸含量、纤维素组分、芳香物质和其他代谢产物含量及相关酶活性，系统了解西瓜品质形成过程中的生理生化特征及动态变化规律，为西瓜果实不同发育阶段的数字表达谱构建提供表型数据支持。其中番茄红素和糖含量是决定西瓜品质的量大重要因素。西瓜果实发育和成熟过程中果肉的番茄红素和糖含量迅速升高。数字表达谱分析显示，共有3023个差异基因在西瓜果实发育过程中差异表达，同时完成474个果实发育相关基因的代谢途径分析，基于这些糖代谢基因及前人在其他物种上的研究，我们提出了西瓜果肉细胞糖代谢模型：在西瓜果肉发育中，α-半乳糖苷酶、不可溶性酸性转化酶，中性转化酶，蔗糖合成酶，蔗糖磷酸合成酶，UDP-葡萄糖异构酶，可溶性酸性转化酶和UDP半乳糖焦磷酸化酶是糖卸载和糖代谢有关的关键酶。此外，糖转运蛋白可能与糖的分配有关。利用西瓜果实发育转录组、基因组数据，大规模开发了4809对EST-SSR分子标记引物、3759对Indel标记引物、584对SV标记引物和100个SNP标记。构建了高密度遗传图谱，并将16个重要性状基因定位于遗传图谱，初步构建西瓜品质改良的分子标记辅助育种技术体系。本研究的数据已在西瓜果实发育转录组数据库公布。本研究对于从整体水平诠释西瓜品质形成的分子机制和基因调控网络，以及高品质西瓜的定向育种和精准育种具有重要意义。