北京市專家找到西瓜變甜關鍵基因

2020年06月19日09:21  來源:北京日報
 
原標題:本市專家找到西瓜變甜關鍵基因

  許勇(左)在西瓜育種實驗室內進行育種研究。 本報記者 鄧偉攝

  本報訊(記者 孫雲柯)北京市農科院蔬菜中心許勇研究員團隊近日在植物學國際知名期刊《新植物學家》(New Phytologist)在線發表最新論文,揭示了新型糖轉運蛋白ClVST1是調節西瓜果實糖分卸載的關鍵因子,從分子層面揭示了西瓜變甜的秘密,為選育高品質西瓜提供了有力支持。

  西瓜是夏季最受人們喜愛的水果之一,甜蜜多汁的西瓜解渴又消暑。不過鮮為人知的是,早期野生的西瓜不僅不甜而且發苦,西瓜變甜並非先天有之,而是人類不斷馴化改良的結果。西瓜為何會變甜?哪些基因控制著這些性狀?這些問題吸引著全世界不少科學家的關注和研究,這其中就有北京市農林科學院蔬菜中心許勇研究員團隊。

  眾所周知,植物進行光合作用可以產生糖分等養分,西瓜也不例外。西瓜葉片光合作用產生的糖分經過莖韌皮部運送到果實,在果實中代謝轉運至少需經歷4個環節,即水蘇糖、棉子糖等寡糖水解為二糖蔗糖、果實韌皮部卸載蔗糖、細胞間隙的糖分由糖轉運蛋白運輸到果肉細胞內、最終在果肉細胞液泡中存儲糖分。前期研究中,許勇團隊已經揭示了控制第4個環節的糖分儲存基因是西瓜液泡膜糖轉運蛋白ClTST2,但仍不清楚哪些糖轉運蛋白參與了果實韌皮部糖分的卸載。

  許勇團隊近日在國際期刊《新植物學家》在線發表最新成果,則是找出了另一個新型糖轉運蛋白ClVST1,研究人員利用超高密度SNP遺傳圖譜、326份自然群體材料完成了西瓜果實含糖量的精細定位和關聯分析,綜合利用體外功能驗証和基因敲除技術,最終揭示了ClVST1是調節果實糖分卸載的關鍵因子。

  研究人員發現,野生不甜西瓜的ClVST1僅在液泡膜表達,但是栽培西瓜的ClVST1丟失了部分氨基酸,導致其定位到了細胞膜,而且有意思的是,ClVST1僅在栽培西瓜中具有糖轉運活性,起韌皮部糖分卸載的作用,而且通過400多份資源的基因組序列分析確認ClVST1是受到馴化的基因。由此証實,ClVST1是野生西瓜進化為栽培西瓜過程中的獲得性功能,起到調節、分配糖分和生物產量的作用。

  根據這些研究發現,許勇團隊建立起一套高糖高品質西瓜的分子選育方案,利用分子篩選結合常規育種,現已培育出“京美”系列、“京穎”等高品質西瓜品種,果實中心糖度高達15.7%。“因此,ClVST1和ClTST2等糖分積累基因的研究,不僅建立了西瓜果實品質形成的理論基礎,也為高品質西瓜選育提供了分子快速鑒定工具,將進一步提升我國西瓜育種的能力和水平。”許勇說。

(責編:尹星雲、鮑聰穎)