基于转录组与基因组分析揭示西瓜糖酸比关键候选基因及其自然变异

《BMC Plant Biology》：Transcriptome based co-expression network analysis coupled with genomic analysis insights candidate genes regulate sugar-acid ratio in watermelon fruit

　　糖酸比（SAR）是决定西瓜（Citrullus lanatus）风味和消费者偏好的关键因素，但其遗传基础在很大程度上尚未被探索。本研究采用了转录组和基因组分析的综合方法，在授粉后第8、14、20、26和32天五个果实发育阶段，对两个对比鲜明的西瓜品系——高SAR的改良品种'喜春萱'（Xi）和低SAR的地方品种'沙生甘有瓜'（Sa）进行了研究，以阐明SAR潜在的调控机制。'喜春萱'积累了更高含量的可溶性固形物（SSC）、可滴定酸度（TA）、果糖、蔗糖、葡萄糖、苹果酸、柠檬酸和草酸，从而表现出更优的SAR。加权基因共表达网络分析鉴定出四个与SAR相关的关键模块，并从中优选出七个枢纽基因。果胶解酶样超家族蛋白（PLLSP）可能通过促进细胞壁解体和碳分配向糖类和有机酸合成转移来贡献SAR，而多聚腺苷酸结合蛋白相互作用蛋白4样蛋白（PbPIP4L）可能通过转录后调控mRNA稳定性来协调SAR。这两个基因均与SAR呈现最强的正相关性（r = 0.85\*\*\* 和 r = 0.73\*\*），且在'喜春萱'中表现出更高的表达水平，与SAR积累的规律一致。比较基因组学揭示了'喜春萱'PLLSP第一外显子中存在61 bp的缺失，以及PbPIP4L启动子中的C/G多态性，产生了GTGANTG10转录因子结合位点。在16个品系中的验证表明，该InDel缺失在所有高SAR改良品系中存在，但在低SAR地方品种中缺失，提示其与本研究所考察的有限种质资源中的SAR相关。系统发育和多序列比对分析表明，这两个基因在多种水果物种中具有进化保守性，包括甜瓜、番茄、柑橘、葡萄、苹果和桃子。总之，本研究阐明了与SAR相关的关键候选基因中的自然变异，并为旨在改善西瓜果实风味的育种策略提供了有价值的分子靶标。