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西瓜(Citrullus lanatus)是一种深受大众喜爱的园艺作物,具有重要的经济和营养价值。西瓜果肉中含有大量具有抗氧化的特性类胡萝卜素,可促进人体健康并赋予西瓜果肉呈现不同颜色,是决定其品质的关键因素之一。类胡萝卜素合成并储存在色质体中,因此,色质体的发育对类胡萝卜素积累起着至关重要的作用。一些重要的次生代谢物和激素也储存于色质体中。脂类相关质体蛋白(Plastid lipid-associated proteins,PAPs)基因参与脂蛋白结构的形成,是色质体储存类胡萝卜素形成的纤维状结构的主要蛋白。八氢番茄红素合成酶(Phytofluene synthase,PSY)是类胡萝卜素合成过程中的限速酶,PSY基因的表达对于类胡萝卜素合成有着重要影响。因此,研究西瓜果肉中色质体的分化特征以及相关基因的表达模式具有重要的理论意义和应用价值。本研究以五种不同瓤色的西瓜为研究材料:白色果肉“PI 186490”、浅黄色果肉“COS”(Cream of Saskatchewan)、亮黄色果肉“PI 635597”、橙色果肉“PI 192938”和红色果肉“LSW-177”,分别采集西瓜授粉后五个时期(10天、18天、26天、34天和42天)的果肉为样本,进行光学显微镜和透射电镜观察,分析不同瓤色西瓜色素积累过程中色质体的分化模式,利用LC-MS/MS技术及18种类胡萝卜素标准品对成熟时期西瓜果肉中类胡萝卜素进行定性定量分析,并且采用q RT-PCR技术分析西瓜基因组中八氢番茄红素合成酶基因家族三个成员(Cl PSYs,Cl PSY1、Cl PSY2、Cl PSY3)和七个色质体发育蛋白基因(Cl PAPs,Cla006670、Cla010946、Cla008831、Cla014416、Cla021506、Cla003468、Cla003198)在不同果肉发育阶段的表达模式,在不同材料之间分别克隆其编码区及启动子序列进行序列比对及顺式作用元件分析,本研究获得以下结论:(1)不同材料在成熟时期的总类胡萝卜素含量与八氢番茄红素含量呈正比。红色果肉“LSW-177”中主要以积累番茄红素为主,紫黄质含量可能是导致亮黄色果肉“PI 635597”、浅黄色果肉“COS”呈现颜色差异的主要因素,橙色果肉“PI 192938”的果肉中主要积累β-胡萝卜素和紫黄质。(2)红色果肉“LSW-177”中分化形成晶状的色质体结构;而在白色果肉“PI 186490”、浅黄色果肉“COS”、亮黄色果肉“PI 635597”和橙色果肉“PI 192938”中色质体以球状结构出现。(3)Cl PSY1的表达符合八氢番茄红素和总类胡萝卜素积累趋势,Cl PSY2和Cl PSY3的表达量在同一品种不同发育时期不存在明显规律,并且在不同品种之间也不存在较大差异。Cla014416的表达趋势与Cl PSY1一致,Cla006670、Cla010946、Cla008831、Cla021506、Cla003468、Cla003198的表达量相比Cla014416低很多,并且无明显规律。(4)与红色果肉“97103”相比,橙色果肉“PI 192938”的Cl PSY1编码区中有两个非同义突变,分别为氨基酸第133位处由天冬酰胺(Asn)变为天冬氨酸(Asp),第148位处由赖氨酸(Lys)变为谷氨酸(Glu)。Cla014416的氨基酸序列比对结果表明存在三处非同义突变,分别是在白色果肉“PI 186490”编码的第113位处由甘氨酸(Gly)变为精氨酸(Arg),浅黄色果肉“COS”编码的第242位处由缬氨酸(Val)变为异亮氨酸(Ile)以及橙色果肉“PI192938”编码的第138位处由脯氨酸(Pro)变为亮氨酸(Leu)。(5)在Cl PSY1启动子序列中MYB色素响应元件的位置和数目差异可能是导致基因表达水平显著差异的主要原因。