《Vegetable Research》：Deciphering the functional characterization of Orange (Or) genes during development and ripening of watermelon (Citrullus lanatus) fruit
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本研究系统解析了西瓜Orange (ClOr)基因家族功能，发现ClOr1通过调控八氢番茄红素合成酶(ClPSY1)活性正向调节类胡萝卜素积累。研究证实ClOr1Trp单核苷酸多态性(SNP)可作为区分白肉与非白肉西瓜的关键分子标记，转基因番茄过表达实验表明ClOr1能促进果实着色（类胡萝卜素含量提升1.8-19.2倍），病毒诱导基因沉默(VIGS)验证其功能缺失导致色素积累显著降低。酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)实验揭示ClOr1与ClPSY1存在直接互作，为西瓜果实品质改良提供新靶点。
引言
西瓜作为重要的园艺作物，其果实富含类胡萝卜素等营养物质。类胡萝卜素在植物光合作用和人类健康中具有关键作用，但西瓜中Orange (Or)基因调控类胡萝卜素积累的机制尚不明确。本研究旨在解析ClOr基因家族在西瓜果实发育和成熟过程中的功能。
材料与方法
以红肉西瓜LSW-177和白肉西瓜W1-60为材料，通过类胡萝卜素代谢分析、基因克隆、亚细胞定位、转基因番茄过表达、病毒诱导基因沉默(VIGS)、酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)等技术手段进行研究。
红肉与白肉西瓜类胡萝卜素积累及质体发育模式比较
在红肉西瓜LSW-177中，番茄红素、八氢番茄红素和β-胡萝卜素是主要类胡萝卜素成分，成熟期三者占比达94.2%。白肉西瓜W1-60则以叶黄素为主。细胞学观察发现，红肉西瓜果实发育过程中出现大量类胡萝卜素晶体和质体小球，而白肉西瓜仅见球状色质体。
西瓜Or基因家族鉴定及关键基因筛选
通过同源比对鉴定出ClOr1和ClOr2两个基因。表达分析显示ClOr1在红肉西瓜成熟果肉中高表达，且与类胡萝卜素含量显著相关（相关系数0.96），而ClOr2相关性较低（0.23）。系统进化分析表明ClOr1与瓜类作物Or基因亲缘关系最近。
ClOr1基因克隆与SNP分析
成功克隆ClOr1基因，发现第87位碱基SNP（G/T）导致第29位氨基酸差异（色氨酸/半胱氨酸）。基于该SNP开发的dCAPS分子标记可有效区分白肉与非白肉西瓜。对428份西瓜种质资源的基因型分析显示，G/G基因型与有色果肉显著相关。
亚细胞定位与遗传转化
亚细胞定位表明ClOr1蛋白定位于细胞核。在番茄中过表达ClOr1导致开花和果实成熟提前，类胡萝卜素含量提高1.8-19.2倍。病毒诱导ClOr1沉默后果实着色受阻，类胡萝卜素含量显著下降。
ClOr1与ClPSY1互作验证
Y2H和BiFC实验证实ClOr1与类胡萝卜素合成关键酶ClPSY1存在直接互作，且互作发生于质体中。表达分析显示ClOr1过表达可上调SlPSY1表达，沉默则抑制ClPSY1表达，表明二者存在正调控关系。
讨论
ClOr1通过促进质体分化和PSY酶活性调控类胡萝卜素积累。SNP导致的蛋白稳定性差异可能是果肉颜色分化的关键因素。研究为西瓜果实营养品质改良提供了理论依据和基因资源。
结论
ClOr1是调控西瓜果实类胡萝卜素积累的关键基因，其分子机制的解析为未来基因编辑育种奠定了基础。
