联盟专家 | 北京市农林科学院许勇团队解析驯化导致西瓜瓤色变红的分子机制--heyun/yzlm

联盟专家 | 北京市农林科学院许勇团队解析驯化导致西瓜瓤色变红的分子机制

时间：2020-04-26

近日，联盟专家委员会委员许勇研究员及其团队在Plant Physiology在线发表了题为Decreased protein abundance of Lycopene β-cyclase contributes to red flesh in domesticated watermelon的研究论文。该研究阐明了西瓜红瓤控制基因-番茄红素环化酶Cl LCYB的作用方式及调控机制，发现该基因中特定氨基酸位点的变化导致蛋白积累水平的下降是驯化产生红瓤西瓜的直接原因。

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市场上商品西瓜的红瓤十分鲜艳，其富含番茄红素，不仅好看而且营养丰富；但西瓜原始野生种的瓤色却是白色或黄色。为了揭示西瓜鲜艳瓤色是如何驯化产生的分子机制，研究团队通过对红瓤控制位点的精细定位及西瓜属5个种的 221份代表性瓤色资源的序列分析，发现了西瓜番茄红素环化酶Cl LCYB是西瓜红瓤控制基因。研究发现该基因中两个引起氨基酸变化的位点与红瓤表型紧密连锁，遗传转化试验结果也证实了ClLCYB是控制红瓤的关键基因。根据基因序列分析揭示了红瓤西瓜品种有相对保守和独立的驯化过程。亚细胞定位及催化功能研究表明：不同瓤色西瓜中该基因编码蛋白均定位在果实细胞有色体中，都具有将番茄红素催化为β胡萝卜素的能力，且催化活性差异不大。研究还发现该基因在不同瓤色西瓜品种、果实不同的发育时期的转化水平变化不显著。进一步通过对该基因蛋白水平的检测，最终发现该ClLCYB蛋白积累水平与番茄红素的积累呈现负相关性。

图 1通过降低或提高红瓤基因ClLCYB表达可以控制西瓜瓤色形成

上述证据表明，不同瓤色西瓜中该蛋白中两个氨基酸的替换引起了该蛋白稳定性的差异，从而导致了其底物番茄红素的积累产生了红瓤西瓜。该研究揭示了西瓜红瓤基因转录后翻译及蛋白水平调控是果肉细胞有色体发育以及类胡萝卜素代谢控制的有效途径。该研究为丰富类胡萝卜素代谢途径调控理论和高品质西瓜育种提供了理论依据。

许勇团队在西瓜瓤色控制研究领域取得了多项研究成果。此前已发表了“西瓜瓤色控制基因的精细定位”、“有色体磷转蛋白基因ClPHT4;2高量表达是西瓜瓤色形成的必须条件”等相关研究论文。团队系列研究结果不仅丰富了果实有色体发育及其进化机制，并且已经应用于高品质西瓜育种实践中，一系列多彩瓤色西瓜品种正在产业中大面积推广，实现了论文写在大地上。

本论文第一作者为张洁副研究员，通讯作者为许勇研究员。研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金，北京学者、北京高创计划等多个项目资助。

论文链接：

http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/04/22/pp.19.01409