京彩一号 许勇供图
通过降低或提高红瓤基因ClLCYB表达可以控制西瓜瓤色形成 张洁供图
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。
那么，吃瓜群众现在吃的西瓜为什么是红瓤的呢？有没有多种瓤色的西瓜呢？科学家找到了答案。
4月23日，《植物生理学》（Plant Physiology）在线发表北京市农林科学院研究员许勇团队的最新成果。他们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，这是驯化过程中产生红瓤西瓜的直接原因。
找到西瓜红瓤控制基因
论文通讯作者许勇告诉《中国科学报》，为了揭示西瓜鲜艳瓤色是如何驯化产生的，他们对红瓤控制位点的精细定位及西瓜属5个种的 221份代表性瓤色资源进行了序列分析。结果发现，西瓜番茄红素环化酶Cl LCYB是西瓜红瓤控制基因。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它是控制红瓤的关键基因。
论文第一作者、北京市农林科学院副研究员张洁介绍，基因序列分析揭示，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、果实不同发育期的转化水平变化不显著。该基因编码产生的蛋白积累水平与番茄红素的积累呈现负相关性。
“上述证据表明，在不同瓤色的西瓜中，该蛋白中两个氨基酸的替换引起了蛋白稳定性的差异，从而导致其底物番茄红素的积累，让西瓜瓤呈现红色。”许勇说。
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，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。
多彩瓤色西瓜走向餐桌
《中国科学报》了解到，许勇团队的系列研究结果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。很快，吃瓜群众就能吃到不同瓤色的西瓜了。
张洁告诉《中国科学报》，通过研究获得的红瓤基因已经用于实际育种工作。
“在培育抗病西瓜品种过程中，我们希望将白瓤野生西瓜的抗病基因通过杂交引入商品瓜，且不影响果实品质。”张洁说，在选育过程中若没有红瓤标记，需要等瓜成熟后才能选定。而现在，苗期就可以选择具有纯合红瓤基因及抗病基因的单株，用于再回交或杂交选育，大大缩短了育种时间。
通过这种方法，许勇研究组已经成功培育出高品质、高抗性、好种又好吃的西瓜品种，如抗白粉病的京美5K，抗枯萎病的京美10K02、京美10K03等。其中京美系列中单一品种已经在国内华北、东北地区，以及缅甸、老挝等国，总计推广面积超过10万亩，亩产经济效益超万元。
此外，除了红瓤基因，该课题组还开展了其他瓤色基因的研究工作。目前已经初步获得了黄瓤、橙瓤的控制基因，正在深入研究相关基因的分子机制。
不仅如此，“我们已经将获得的黄瓤及橙瓤控制基因运用到实际育种中，培育出了多种瓤色的西瓜品种”。张洁介绍说，有代表性的如精品黄瓤小西瓜京阑、高b胡萝卜素的橙瓤功能西瓜京彩一号等。
“这些多彩瓤色西瓜品种都具有较高的类胡萝卜素含量，不仅好看更具有较高的营养价值，丰富了消费者的餐桌。”许勇说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1104/pp.19.01409
18926578588