陳子昊，路緒強，何楠，楊東東，朱紅菊，劉文革

摘? ? 要：以同源二倍體、三倍體和四倍體西瓜伊選為試驗材料，研究3種倍性西瓜果實發(fā)育過程中瓜氨酸合成途徑中谷氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸和精氨酸4種氨基酸的含量差異以及其合成途徑中關(guān)鍵酶基因的表達差異。結(jié)果表明，多倍體西瓜果實中瓜氨酸與鳥氨酸含量均顯著高于二倍體，而多倍體精氨酸含量低于二倍體。在西瓜果實發(fā)育32 d時，瓜氨酸與鳥氨酸含量表現(xiàn)為三倍體>四倍體>二倍體，而谷氨酸與精氨酸含量表現(xiàn)為二倍體>四倍體>三倍體。多倍體與二倍體在果實發(fā)育后期（24～32 d）NAGS、NAGK、GAT、OTC基因表達量差異顯著，二倍體中ASS1、ASS3、ARG基因表達量在整個果實發(fā)育期始終高于多倍體。以上結(jié)果表明，不同倍性西瓜果實中瓜氨酸含量存在差異可能是瓜氨酸合成途徑上下游基因的差異表達造成的。研究結(jié)果對揭示不同倍性西瓜中瓜氨酸含量差異機制具有重要意義。

關(guān)鍵詞：西瓜；倍性；瓜氨酸；基因表達

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）06-018-09

Changes of main amino acid contents in citrulline biosynthesis pathway and expression analysis of related genes during fruit development of watermelon with different ploidy

CHEN Zihao， LU Xuqiang， HE Nan， YANG Dongdong， ZHU Hongju， LIU Wenge

（Henan Joint International Research Laboratory of South Asian Fruits and Cucurbits/Zhengzhou Fruit Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450009， Henan， China）

Abstract： The content of four amino acids， glutamic acid， ornithine， citrulline and arginine， as well as the expression differences of key enzyme genes in the citrulline synthesis pathway of citrulline， were studied in the diploid， triploid and tetraploid Yixuan watermelon. The results showed that the content of citrulline and ornithine in polyploid watermelon fruits were significantly higher than those in diploid， while the content of arginine in polyploid was lower than that in diploid. At 32 days of fruit development， the content of citrulline and ornithine were triploid > tetraploid > diploid， while the content of glutamic acid and arginine were diploid > tetraploid > triploid. Correspondingly， there were significant differences in the expression of NAGS， NAGK， GAT， OTC genes between polyploid and diploid in the late stage of fruit development， and the expression of ASS1， ASS3 and ARG genes in diploid was always higher than that of polyploid throughout the developmental period. These results indicated that the differences in citrulline content in different ploidy watermelon fruits were caused by the stable differential expression of upstream and downstream genes of citrulline synthesis pathway. This study is of great significance to reveal the mechanism of citrulline content difference in different ploidy watermelon.

Key words： Watermelon; Ploidy; Citrulline; Gene expression

西瓜（Citrullus lanatus）為葫蘆科西瓜屬的一年生草本植物，起源于非洲，是世界上重要的經(jīng)濟水果作物之一[1-2]。中國是世界上最大的西瓜生產(chǎn)國和消費國，有1500多年的西瓜種植歷史，西瓜在我國栽培地域廣泛且在果蔬生產(chǎn)和供應(yīng)中占據(jù)十分重要的地位[3-4]。西瓜果實富含可溶性糖、有機酸、類胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素、礦物質(zhì)、維生素和氨基酸等營養(yǎng)成分[5-6]，是炎熱夏季絕佳的多汁水果。西瓜果實中瓜氨酸含量豐富，鮮食即可被人體直接吸收，在人體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為必需氨基酸精氨酸，是人體補充瓜氨酸與精氨酸的最佳選擇。在哺乳動物中，瓜氨酸是尿素循環(huán)和一氧化氮循環(huán)的組成部分，可以調(diào)節(jié)血液循環(huán)[7]，口服瓜氨酸具有預(yù)防各種心血管疾病，提高男性的性功能，抗衰老和增強機體免疫力等作用[8]。

目前，植物中瓜氨酸合成代謝途徑及其調(diào)控機制研究主要集中在模式植物擬南芥上。Joshi等[9]與Bahri等[10]研究表明，植物中瓜氨酸的合成途徑主要分為兩個過程：一是谷氨酸通過線性途徑或循環(huán)途徑生成鳥氨酸，即谷氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶（NAGS）催化下生成N-乙酰谷氨酸，后經(jīng)N-乙酰谷氨酸激酶（NAGK）磷酸化生成N-乙酰谷氨酸-5-磷酸，再與N-乙酰谷氨酸-5-磷酸還原酶（NAGPR）反應(yīng)生成N-乙酰谷氨酸-5-半醛，最后經(jīng)N-乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)移酶（NAOAT）生成N-乙酰鳥氨酸，其中谷氨酸還可通過N-乙酰鳥氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)移酶（GAT）生成鳥氨酸。二是鳥氨酸生成瓜氨酸及鳥氨酸再生，即鳥氨酸在鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶（OTC）作用下生成瓜氨酸，后在精氨酸琥珀酸合酶（ASS）催化下生成精氨琥珀酸，進一步經(jīng)精氨酸琥珀酸裂解酶（ASL）催化，生成精氨酸，最后精氨酸在精氨酸酶（ARG）的催化下，參與尿素循環(huán)重新生成鳥氨酸[11]。

多倍化是高等植物基因組進化的顯著特征之一[12]，如水稻、玉米、大豆和甘藍等多數(shù)高等植物都保留有古多倍體的痕跡?；蚪M加倍會對多倍體植物的形態(tài)、活力和生理產(chǎn)生多層次影響[13]，通常伴隨著細胞體積增大和代謝物質(zhì)含量的顯著變化[14]，二倍體藍莓的花色苷和黃烷醇含量高于其同源六倍體或四倍體[15]；擬南芥的倍性水平與莖組織中的木質(zhì)素和纖維素含量呈負相關(guān)，與基質(zhì)多糖含量呈正相關(guān)[16]；同源四倍體木薯中果糖含量顯著高于其二倍體[17]；同源四倍體椪柑果實總酸、抗壞血酸和總酚類化合物含量均高于二倍體[18]。三倍體無籽西瓜是人工誘導(dǎo)多倍體優(yōu)勢利用最成功的作物之一，具有二倍體親本所沒有的少籽（或無籽）、豐產(chǎn)、耐貯運、抗性強、高糖等優(yōu)良性狀[19-20]。前人研究表明，多倍體西瓜果實中瓜氨酸、可溶性固形物、番茄紅素和維生素C含量顯著高于其同源二倍體[21-23]，但不同倍性西瓜中瓜氨酸通路的幾種主要游離氨基酸含量差異情況以及造成不同倍性西瓜果實中瓜氨酸等主要氨基酸差異積累的調(diào)控機制還不清楚。筆者以同源二倍體、三倍體和四倍體西瓜伊選為試驗材料，研究不同倍性西瓜果實中瓜氨酸合成途徑的幾種主要游離氨基酸含量及相關(guān)基因的表達，以期為揭示不同倍性西瓜果實中瓜氨酸含量差異機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

筆者選用來源于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所多倍體西瓜育種課題組同基因型不同倍性的二倍體、三倍體和四倍體西瓜伊選為試驗材料。伊選是我國8424類型西瓜的育種親本，具有普遍性和代表性，果實圓球形，果皮淺綠色有深綠網(wǎng)，果肉呈粉紅色，平均單果質(zhì)量3.5 kg，早熟、易坐果、四倍體種子數(shù)量多，適宜開展大規(guī)模試驗。

1.2 田間試驗設(shè)計

四倍體伊選于2008年經(jīng)0.1%秋水仙素誘變二倍體伊選得到，伊選三倍體是由其同源二倍體和四倍體雜交得到。二倍體、三倍體和四倍體西瓜伊選于2022年3月在海南省三亞市試驗基地露地栽培，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計（共9個小區(qū)，每個小區(qū)種植20株），株距0.5 m，行距2.0 m，雙蔓整枝，每株留單瓜，田間管理一致；5月下旬開始授粉，雌、雄花均于開花前一天蓋帽，次日自交授粉，掛牌標記授粉時間。分別在授粉后10、18、26和32 d取長勢良好、均勻一致的3個果實，縱切后均勻取剖面西瓜果柄側(cè)、果臍側(cè)、陰面?zhèn)?、陽面?zhèn)燃爸行?個區(qū)域果肉（圖1），切碎混勻后分裝3管，液氮速凍后轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱保存。

1.3 方法

1.3.1 西瓜果肉氨基酸含量測定 參考楊東東等[11]的測定方法，采用島津高效液相色譜儀（型號：LC-20AD）測定西瓜果肉中L-谷氨酸（L-Glu）、L-鳥氨酸（L-Orn）、L-瓜氨酸（L-Cit）和L-精氨酸（L-Arg）4種游離氨基酸含量。色譜條件—熒光檢測器 A Ex： 250 nm，Em： 395 nm；色譜柱：C18（4.6 mm × 250 mm，5 μm）。

從3管冷凍樣品中取出適量置于冷凍干燥機凍干處理。測定前將3管凍干果肉樣品研磨成細粉狀，每管分別稱取1.00 g，用100 mL的沸水沖泡，隨后95 ℃水浴10 min，期間晃動混勻 5次，水浴結(jié)束后分別使用0.22 μm水相濾膜進行抽濾，冷卻至室溫后每份提取液分別定容至125 mL并置于-20 ℃保存待測。每份提取液各測定1次，取3次結(jié)果平均值作為所測定的游離氨基酸含量。4種游離氨基酸回歸方程為L-谷氨酸：y=33 636 600 x-243 691，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9；L-鳥氨酸：y=51 427 200 x+14 581，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 7；L-瓜氨酸：y=99 537 800 x+3 423.84，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 5；L-精氨酸：y=56 254 200x+8 282 500，相關(guān)系數(shù)R2=0.998 9。y為液相色譜峰面積，x為目的游離氨基酸質(zhì)量分數(shù)（g·kg-1）。

1.3.2 RNA提取與cDNA合成 RNA樣品與1.3.1的取樣時間和取樣方法一致。西瓜果肉RNA提取參照北京普樂海生物科技有限公司的多糖多酚植物復(fù)雜植物RNA快速提取試劑盒步驟進行。采用微量分光光度計測定RNA的OD值以及濃度；用1.5%的瓊脂糖凝膠電泳檢測RNA的完整性。按照北京普樂海生物科技有限公司的Focus on the molecular biology EasyScript RT Kit（+gDNA Eraser）反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書合成cDNA。

1.3.3 引物設(shè)計 根據(jù)NCBI數(shù)據(jù)庫中瓜氨酸合成途徑相關(guān)酶基因的保守序列，篩選西瓜基因組數(shù)據(jù)庫中的同源基因，用 Primer Premier 5.0 設(shè)計引物。其中ASS以及ASL為基因家族，ASS基因家族有3個基因，分別為ASS1、ASS2、ASS3；ASL有2個基因，分別為ASL1、ASL2。試驗所用內(nèi)參基因為CLCAC[25]。西瓜瓜氨酸合成途徑關(guān)鍵酶基因名稱、引物序列見表2，引物由北京普樂海生物科技有限公司合成。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2021和Origin 2021進行數(shù)據(jù)處理和作圖，采用SPSS 22.0 進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同倍性西瓜果實不同發(fā)育時期瓜氨酸合成通路中4種主要氨基酸含量變化

在不同發(fā)育時期，不同倍性西瓜果實中谷氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸和精氨酸的含量和積累模式均存在著規(guī)律性變化（圖2）。

在果實發(fā)育期間，授粉后8～16 d多倍體谷氨酸含量高于二倍體，授粉后32 d多倍體低于二倍體，但差異不顯著。各倍性材料中谷氨酸在授粉后8～16 d積累緩慢，16～24 d迅速積累，32 d趨于平緩。其中授粉后8 d時，三倍體谷氨酸含量（w，后同）最高（0.047 7 g·kg-1），二倍體谷氨酸含量最低（0.042 5 g·kg-1），二者呈顯著差異；在授粉后16 d時，三倍體與四倍體谷氨酸含量均高于二倍體；在授粉后24 d時，3個倍性西瓜谷氨酸含量均迅速積累，倍性間無顯著差異，表現(xiàn)為三倍體>二倍體>四倍體；在授粉后32 d時，三倍體與四倍體谷氨酸含量增長減緩，二倍體增長速率變化較小，倍性間谷氨酸含量也無顯著差異，表現(xiàn)為二倍體（0.086 8 g·kg-1）>四倍體（0.081 7 g·kg-1）>三倍體（0.080 1 g·kg-1）。

在果實發(fā)育期間，多倍體中鳥氨酸的含量均高于二倍體。在授粉后8～16 d時，3個倍性西瓜中鳥氨酸含量同時迅速積累，授粉后16 d后同時開始下降。其中授粉后8 d時，鳥氨酸含量多倍體顯著高于二倍體，表現(xiàn)為四倍體>三倍體>二倍體；在授粉后16 d時，三倍體與四倍體鳥氨酸含量相近且均高于二倍體；在授粉后24 d時，3個倍性材料中鳥氨酸含量均開始下降，多倍體鳥氨酸含量顯著高于二倍體，表現(xiàn)為三倍體（0.014 8 g·kg-1）>四倍體（0.014 4 g·kg-1）>二倍體（0.012 1 g·kg-1）；在授粉后32 d時，3個倍性材料中鳥氨酸含量均下降或迅速下降，多倍體鳥氨酸含量均顯著高于二倍體，且三倍體顯著高于四倍體。

在整個西瓜果實發(fā)育期，多倍體西瓜瓜氨酸含量均顯著高于二倍體，其中三倍體與四倍體瓜氨酸積累速度基本一致。在授粉后8、16與24 d時，四倍體與三倍體瓜氨酸含量無顯著差異；在授粉后32 d時，各倍性西瓜果實瓜氨酸含量增長均趨于平緩，多倍體瓜氨酸含量均顯著高于二倍體，且三倍體顯著高于四倍體。

不同倍性西瓜果實中的精氨酸含量在整個發(fā)育期增長趨勢不一致，三倍體呈先降低后升高再降低的變化趨勢，二倍體和四倍體呈先升高后趨于平緩降低的趨勢。在授粉后8 d時，多倍體精氨酸含量均顯著高于二倍體，且三倍體顯著高于四倍體；在授粉后16 d時，二倍體精氨酸含量迅速增加，顯著高于多倍體；在授粉后16～24 d時，多倍體精氨酸含量迅速積累，二倍體積累趨于平緩，授粉后24 d精氨酸含量仍表現(xiàn)為二倍體高于多倍體，但差異不顯著；在授粉后32 d時，各倍性精氨酸含量均開始下降，二倍體精氨酸含量顯著高于多倍體。

2.2 不同倍性西瓜果實發(fā)育過程中瓜氨酸代謝通路關(guān)鍵酶基因表達量差異分析

為了進一步探究不同倍性西瓜瓜氨酸代謝通路中4種主要游離氨基酸差異積累的調(diào)控機制，筆者對三種倍性西瓜在不同發(fā)育時期的瓜氨酸代謝通路中重要酶基因（NAGS、NAGK、GAT、OTC、ASS、ASL、ARG）進行了差異表達分析（圖3）。

N-乙酰谷氨酸是瓜氨酸合成途徑第一個產(chǎn)物，由谷氨酸在NAGS的催化下與乙酰輔酶A結(jié)合生成；N-乙酰谷氨酸在NAGK催化下生成N-乙酰谷氨酸-5-磷酸，是瓜氨酸合成途徑的第二步。多倍體與二倍體西瓜果實發(fā)育過程中NAGS、NAGK相對表達量變化一致，在果實發(fā)育期間均呈先升高后降低的變化趨勢。整個果實發(fā)育期間，多倍體NAGS、NAGK相對表達量均顯著高于二倍體，其中授粉后32 d三倍體的相對表達量顯著高于四倍體。

谷氨酸在GAT催化下生成鳥氨酸，GAT相對表達量在不同倍性西瓜果實生長發(fā)育過程中變化并不一致，二倍體呈先升高后降低的變化趨勢，而多倍體呈逐漸降低的變化趨勢。從授粉后8 d開始，多倍體西瓜果實中GAT基因相對表達量始終高于二倍體西瓜果實；其中授粉后24～32 d多倍體與二倍體呈顯著差異。整個果實發(fā)育期間，三倍體西瓜果實中GAT基因相對表達量均最高，其中授粉后24～32 d與四倍體呈顯著差異。

OTC催化鳥氨酸與氨甲酰磷酸生成瓜氨酸。OTC相對表達量在授粉后8 d表現(xiàn)出二倍體高于多倍體，而授粉后16～32 d，多倍體OTC相對表達量高于二倍體。整個果實發(fā)育期間，二倍體、三倍體與四倍體果實的OTC相對表達量呈顯著差異，其中授粉后24～32 d，三倍體OTC相對表達量最高。

ASS催化瓜氨酸生成精氨酸琥珀酸，在西瓜中ASS是基因家族，3個基因家族成員分別為ASS1、ASS2、ASS3。在果實發(fā)育過程中，不同倍性西瓜果實中ASS1、ASS2、ASS3基因相對表達量表現(xiàn)一致，均隨果實發(fā)育成熟而降低，ASS2在授粉后32 d的相對表達量有所升高，但表達水平較低。多倍體果實中ASS2基因表達量在授粉后8 d顯著高于二倍體，其他發(fā)育階段均低于二倍體西瓜；ASS1與ASS3基因表達量在生長發(fā)育過程中多倍體表達量均顯著低于二倍體。

ASL催化精氨酸琥珀酸生成精氨酸，ASL包括2個基因家族成員ASL1、ASL2。在整個果實發(fā)育過程中，多倍體西瓜果實中ASL1相對表達量僅在授粉后16 d高于二倍體，在其他發(fā)育階段均低于二倍體西瓜。ASL2相對表達量在授粉后8～16 d多倍體高于二倍體，授粉后24～32 d二倍體顯著高于多倍體。

ARG催化精氨酸生成鳥氨酸，重新參與瓜氨酸的合成。多倍體西瓜果實中ARG相對表達量在整個果實發(fā)育期間均顯著低于二倍體，除授粉后16 d，四倍體相對表達量最低，其他果實發(fā)育階段均是三倍體相對表達量最低，其中在授粉后24～32 d顯著低于四倍體。

2.3 不同倍性西瓜瓜氨酸代謝通路4種主要游離氨基酸含量及代謝通路關(guān)鍵酶基因表達聯(lián)合分析

基于前期研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)3種倍性西瓜瓜氨酸代謝通路中4種主要游離氨基酸含量和積累模式差異及代謝通路中關(guān)鍵酶基因之間的表達差異之間存在明顯的相關(guān)性，所以進一步進行了相關(guān)性分析（圖4）。結(jié)果表明，谷氨酸含量與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸的NAGS相對表達量及精氨酸含量呈顯著正相關(guān)；與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸的GAT相對表達量，控制瓜氨酸轉(zhuǎn)為精氨酸的ASS1、ASS2、ASS3、ASL2相對表達量呈顯著負相關(guān)。鳥氨酸含量與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸的NAGK相對表達量，控制鳥氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸的OTC相對表達量呈顯著正相關(guān)；與控制瓜氨酸轉(zhuǎn)換為精氨酸的ASL1相對表達量，控制精氨酸再生成鳥氨酸的ARG相對表達量呈顯著負相關(guān)。瓜氨酸含量與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化成鳥氨酸的NAGK、NAGS相對表達量，控制鳥氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸的OTC相對表達量及谷氨酸含量呈顯著正相關(guān)；與控制瓜氨酸轉(zhuǎn)化成精氨酸的ASS1、ASS3、ASL2相對表達量，控制精氨酸再生成鳥氨酸的ARG相對表達量呈顯著負相關(guān)。精氨酸含量與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸的NAGS相對表達量和谷氨酸含量呈顯著正相關(guān)；與控制谷氨酸轉(zhuǎn)化為鳥氨酸的GAT相對表達量，控制瓜氨酸轉(zhuǎn)為精氨酸的ASS1、ASS2、ASS3、ASL2相對表達量呈顯著負相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

園藝作物的生長發(fā)育與代謝物質(zhì)的動態(tài)變化息息相關(guān)。瓜氨酸是西瓜果實中重要的代謝物質(zhì)，與代謝通路中谷氨酸、精氨酸和鳥氨酸關(guān)系密切[9]。植物代謝物的含量與其發(fā)育時期密切相關(guān)，王學(xué)征等[22]研究表明，西瓜果實中番茄紅素含量在授粉后16 d開始積累，轉(zhuǎn)色期迅速積累，成熟期達到峰值，成熟后開始下降。萬學(xué)閃等[23]研究表明，西瓜果實中瓜氨酸含量在幼果期較低，膨大期有所減少，隨后大量積累，在接近完熟達到峰值后緩慢下降。本研究表明，隨著果實的發(fā)育，瓜氨酸與谷氨酸含量不斷升高，在成熟時達到最高值，研究結(jié)果與前人并不完全一致，推測可能與品種或栽培環(huán)境條件不同有關(guān)。然而，精氨酸和鳥氨酸含量則在西瓜完全成熟時降低，這可能是由谷氨酸與鳥氨酸是瓜氨酸合成的底物，而精氨酸是其直接產(chǎn)物造成的。筆者的研究結(jié)果也間接證明了西瓜果實中瓜氨酸積累可能受谷氨酸、精氨酸和鳥氨酸的協(xié)同影響。

多倍體植物在自然界中普遍存在，是植物引入新物種形成和拓寬生物多樣性基礎(chǔ)的重要途徑之一[24]。由于基因劑量效應(yīng)的影響，多倍體植物中一些代謝物質(zhì)含量相較染色體加倍前會發(fā)生顯著變化，部分代謝物含量升高或降低[25]。研究表明，擬南芥莖中半纖維素和果膠含量與倍性水平呈正相關(guān)，而木質(zhì)素和纖維素含量與倍性水平呈負相關(guān)[26]。四倍體柑橘葉片中檸檬酸和果酸含量較二倍體升高，而苯丙素和萜類化合物含量降低[27]。筆者的試驗結(jié)果表明，多倍體西瓜果實的瓜氨酸與鳥氨酸含量在果實發(fā)育期間高于二倍體，而二倍體西瓜果實的精氨酸與谷氨酸含量在成熟期高于多倍體，這表明西瓜染色體倍性的變化會導(dǎo)致其部分代謝物質(zhì)含量的升高或降低。

西瓜果實中瓜氨酸的含量變化受其代謝通路中多種基因的協(xié)同調(diào)控。前人研究表明，在果實發(fā)育過程中瓜氨酸含量呈持續(xù)增加趨勢，在生理成熟期達到峰值，且參與瓜氨酸合成的OTC基因在果實發(fā)育過程中呈先升高后降低的變化趨勢，參與瓜氨酸分解的基因（ASS1、ASS3、ASL2）持續(xù)下調(diào)表達[28]，與筆者的研究結(jié)果基本一致。在植物中，瓜氨酸參與逆境調(diào)節(jié)，在干旱、鹽脅迫等逆境條件下，可積累大量瓜氨酸，通過清除逆境脅迫產(chǎn)生的羥自由基，維持植物相對正常生長[29-30]。李蒙蒙等[30]研究表明，嫁接西瓜果實中瓜氨酸含量高于未嫁接西瓜，且成熟時嫁接西瓜瓜氨酸代謝通路上游基因NAGS、NAGK、GAT、OTC表達量均高于未嫁接西瓜，而下游基因ASS2、ASS3、ASL2表達量低于未嫁接西瓜。Song等[31]研究表明，干旱脅迫下，西瓜葉片中瓜氨酸含量顯著提高，同時NAOD、NAOAT、OTC基因表達量顯著上調(diào)，ASS1、ASS2、ASS3、ASL2基因表達量顯著下調(diào)。以上研究結(jié)果表明西瓜果實中的瓜氨酸含量受其代謝通路上下游基因的調(diào)控，在本試驗中多倍體西瓜瓜氨酸含量高于二倍體，瓜氨酸合成途徑上游基因NAGS、NAGK、GAT、OTC相較于二倍體表達量較高，而下游基因ASS1、ASS3、ARG相較于二倍體表達量較低，與前人研究結(jié)果一致。

綜上所述，多倍體西瓜果實瓜氨酸含量高于二倍體主要是瓜氨酸合成途徑中谷氨酸、精氨酸和鳥氨酸的協(xié)同調(diào)配，以及上游基因NAGS、NAGK、GAT、OTC高表達，下游基因ASS1、ASS3、ARG低表達共同作用的結(jié)果。研究結(jié)果對揭示不同倍性西瓜中瓜氨酸含量差異機制具有重要意義。

參考文獻

[1] GUO S G，ZHAO S J，SUN H H，et al．Resequencing of 414 cultivated and wild watermelon accessions identifies selection for fruit quality traits[J]．Nature genetics，2019，51（11）：1616-1623．

[2] TIAN S W，JIANG L J，GAO Q，et al．Efficient CRISPR/Cas9-based gene knockout in watermelon[J]．Plant Cell Reports，2017，36（3）：399-406．

[3] 劉啟振，王思明．西瓜的起源及其在全球的傳播[J]．海交史研究，2020（4）：30-44．

[4] 李福，謝露露，劉季揚，等．西瓜果實耐裂性的生理基礎(chǔ)及其遺傳和環(huán)境調(diào)控[J]．中國瓜菜，2023，36（5）：1-7．

[5] UMER M J，BIN SAFDAR L，GEBRENESKEL H，et al．Identification of key gene networks controlling organic acid and sugar metabolism during watermelon fruit development by integrating metabolic phenotypes and gene expression profiles[J]．Horticulture Research，2020，7（1）：193．

[6] 黃小忠，盧陽月，林遠至，等．不同瓤色西瓜果肉揮發(fā)性物質(zhì)檢測與分析[J]．中國瓜菜，2023，36（11）：33-39．

[7] CURIS E，NICOLIS I，MOINARD C，et al．Almost all about citrulline in mammals[J]．Amino Acids，2005，29（3）：177-205．

[8] COLLINS J K，WU G Y，PERKINS-VEAZIES P，et al．Watermelon consumption increases plasma arginine concentrations in adults[J]．Nutrition，2007，23（3）：261-266．

[9] JOSHI V，F(xiàn)EMIE A R．Citrulline metabolism in plants[J]．Amino Acids，2017，49（9）：1543-1559．

[10] BAHRI S，ZERROUK N，AUSSEL C，et al．Citrulline：From metabolism to therapeutic use[J]．Nutrition，2013，29（3）：479-484．

[11] 楊東東，朱紅菊，趙永，等．蔬菜作物中瓜氨酸代謝調(diào)控研究進展[J]．中國瓜菜，2023，36（2）：1-10．

[12] 朱紅菊，趙勝杰，路緒強，等．二倍體和四倍體西瓜幼苗根系形態(tài)差異比較[J]．中國瓜菜，2020，33（11）：18-21．

[13] COHEN H，F(xiàn)AIT A，TEL-ZUR N．Morphological，cytological and metabolic consequences of autopolyploidization in Hylocereus （Cactaceae） species[J]．BMC Plant Biology，2013，13（173）：2013．

[14] LAVANIA U C，SRIVASTAVA S，LAVANIA S，et al．Autopolyploidy differentially influences body size in plants，but facilitates enhanced accumulation of secondary metabolites，causing increased cytosine methylation[J]．Plant Journal，2012，71（4）：539-549．

[15] MENGIST M F，GRACE M H，XIONG J，et al．Diversity in metabolites and fruit quality traits in blueberry enables ploidy and species differentiation and establishes a strategy for future genetic studies[J]．Frontiers in Plant Science，2020，11：370．

[16] CORNEILLIE S，DE STORME N，VAN ACKER R，et al．Polyploidy affects plant growth and alters cell wall composition[J]．Plant Physiology，2019，179（1）：74-87．

[17] 陸柳英，阮孟斌，吳正丹，等．蛋白質(zhì)組學(xué)分析染色體加倍對木薯表型及塊根形成期代謝產(chǎn)物的影響[J]．植物生理學(xué)報，2023（10）：1870-1880．

[18] TAN F Q，ZHANG M，XIE K D，et al．Polyploidy remodels fruit metabolism by modifying carbon source utilization and metabolic flux in Ponkan mandarin （Citrus reticulata Blanco）[J]．Plant Science，2019，289：110276．

[19] 王友平，朱金英，徐光東，等．西瓜多倍體研究應(yīng)用進展[J]．長江蔬菜，2010（20）：8-12．

[20] 劉文革，王鳴，閻志紅．蔬菜作物多倍體育種研究進展[J]．長江蔬菜，2003（1）：29-33．

[21] 鄭鋒，詹園鳳，黨選民，等．不同倍性小型西瓜果實中番茄紅素、瓜氨酸含量比較分析[J]．熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，32（2）：68-73．

[22] 王學(xué)征，張雅楠，肖琪，等．西瓜果實發(fā)育過程中番茄紅素積累變化及相關(guān)酶基因表達[J]．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，47（4）：40-48．

[23] 萬學(xué)閃，劉文革，閻志紅，等．西瓜果實發(fā)育過程中番茄紅素、瓜氨酸和維生素C等功能物質(zhì)含量的變化[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（13）：2738-2747．

[24] VAN HIEU P．Polyploid gene expression and regulation in polysomic polyploids[J]．American Journal of Plant Sciences，2019，10（8）：1409-1443．

[25] IANNICELLI J，GUARINIELLO J，TOSSI V E，et al．The “polyploid effect” in the breeding of aromatic and medicinal species[J]．Scientia Horticulturae，2019，260：108854．

[26] CORNEILLIE S，DE STPRME N，VAN ACKER R，et al．Polyploidy affects plant growth and alters cell wall composition[J]．Plant Physiology，2019，179（1）：74-87．

[27] TAN F Q，TU H，WANG R，et al．Metabolic adaptation following genome doubling in citrus doubled diploids revealed by non-targeted metabolomics[J]．Metabolomics，2017，13（11）：143．

[28] JOSHI V，JOSHI M，SILWAL D，et al．Systematized biosynthesis and catabolism regulate citrulline accumulation in watermelon[J]．Phytochemistry，2019，162：129-140．

[29] AKASHI K，MIYAKE C，YOKOTA A．Citrulline， a novel compatible solute in drought‐tolerant wild watermelon leaves，is an efficient hydroxyl radical scavenger[J]. Febs Letters，2001，508（3）：438-442．

[30] DASGAN H Y，KUSVURAN S，ABAK K，et al．The relationship between citrulline accumulation and salt tolerance during the vegetative growth of melon（Cucumis melo L.）[J]. Plant，Soil and Environment，2009，55（2）：51-57．

[31] 李蒙蒙，路緒強，趙勝杰，等．嫁接對西瓜果實瓜氨酸含量及合成途徑關(guān)鍵酶基因表達的影響[J]．果樹學(xué)報，2019，36（7）：857-865．

[32] SONG Q S，JOSHI M，DIPIAZZA J，et al．Functional relevance of citrulline in the vegetative tissues of watermelon during abiotic stresses[J]．Frontiers in Plant Science，2020，11：512．