果實開裂是自然界中的常見現象,從進化上來講“瓜熟蒂落”有助于種子的傳播和植物的繁衍。從產業上來講,田間和采后的果實開裂,都將大大降低經濟效益和消費價值。

測測“血型”,育出好瓜不怕裂

果實開裂造成巨大產量損失(左:田間裂瓜導致減收或絕收;右:西瓜豐收對比)

從另一個方面講,果皮的耐裂性與果肉品質緊密連鎖,導致了“耐裂品種不優質,優質品種不耐裂”的現象。因而,西瓜果皮堅硬耐裂同時果肉清脆爽口成為了一個重要育種目標。這樣一來從田間到餐桌,瓜農好種、經銷商好賣、消費者覺得好吃,三全其美。

經過多年研究,浙江大學農業與生物技術學院張明方教授課題組首次發現了與新鮮果實耐裂相關的基因,不僅為進一步闡明果實耐裂性機理提供了新見解,同時也有利于加速耐裂優質品種的精準育種,為通過分子標記輔助育種等技術改良西瓜品種的耐裂性提供了重要的靶標基因。

這項成果以封面文章發表在國際知名植物學雜志《植物生物技術雜志》Plant Biotechnology Journal)。浙江大學浙江大學農業與生物技術學院博士生廖南嶠、胡仲遠副教授為共同第一作者,張明方教授為論文的通訊作者。


西瓜皮耐不耐裂,這次找到了評價指標

果實裂果是農業生產中普遍發生的現象,嚴重影響果實的產量和商品性。西瓜在生產和物流過程中均易出現裂果現象,每年田間和物流階段的產量損失巨大。

西瓜從唐代經古絲綢之路進入中國,也歷經自然選擇和人工培育,但卻一直沒有很好的體系評價西瓜皮的耐裂性,傳統的育種家采用感官評價,捏一把或者刀切一下,這種方法完全憑育種者的經驗,育種效率低,無法解析果實耐裂機制,也很難打破“耐裂品種不優質”的桎梏。

如何把耐裂性狀用一個數值標記出來,是張明方課題組這次研究的第一個亮點。他們通過質構儀選用不同形狀的探頭,測量了果皮硬度、破裂性、破裂率、破裂力做功等8個不同評價指標。這些測量數據既涵蓋了傳統耐裂性判斷的指標,更包含了很多傳統方法無法測量的指標?!皽蚀_量化耐裂性狀、精準定位耐裂基因,能為培育耐裂品種提供重要的理論支撐,具有重要科學意義和應用前景?!?/span>

測測“血型”,育出好瓜不怕裂

多個耐裂性狀指標的共定位

張明方介紹,果皮硬度就是測量西瓜在破裂瞬間受到的力,破裂性就是機械穩定施壓導致果實的主動破裂情況,破裂率就是同樣力切西瓜,會形成主動破裂周長。

根據這些前期指標,科研人員用耐裂性顯著差異的西瓜進行雜交,并對400多個西瓜F2代開展實驗性狀調查??蒲腥藛T在對159個隨機樣本進行單株測序后發現,所有耐裂相關指標都共同定位到西瓜的10號染色體上,而果皮硬度數據錨定的區域最為清晰精確。

在實驗的空隙,最有趣的還是一起吃西瓜?!按蠹叶紘鞴献鲅芯?,實驗后就圍著吃西瓜,評瓜品味,有些實驗的靈感就是來自于吃西瓜?!?/span>胡仲遠說。


西瓜也有血型,這樣的瓜娃子最好吃

在初步鎖定10號染色體后,課題組創新了單株染色體片段來源分析方法,利用F2個別在候選區域發生重組的個體以及他們的自交后代F3群體,通過耐裂表型和基因型關聯分析縮小候選區間,鎖定關鍵基因,科研人員發現該區域存在一個ERF4 基因,是耐裂與否的重要因素。胡仲遠表示:“只用雜交第三代就能精確定位到基因,這是用傳統基因定位方法無法做到的,都是得益于我們創新的表型評價體系和基因挖掘方法?!?/span>