utkastet genom av vannmelon (Citrullus lanatus) og resequencing av 20 ulike tiltredelser

Genomsekvensering og montering

vi valgte Den Kinesiske eliten vannmelon innavlet linje 97103 for genomsekvensering. Vi genererte totalt 46.18 Gb av høy kvalitet genomisk sekvens Ved Hjelp Av Illumina sekvenseringsteknologi (Supplerende Tabell 1), som representerer 108.6-fold dekning av hele vannmelongenomet, som har en estimert genomstørrelse på ∼425 Mb på grunnlag av vår 17-mer dybdefordelingsanalyse av sekvenserte leser (Supplerende Fig. 1) og en tidligere flowcytometrianalyse9. De novo-samlingen av Illumina reads resulterte i en sluttmontering på 353, 5 Mb, som representerer 83, 2% av vannmelongenomet. Monteringen består av 1.793 stillas (≥500 bp) med n50 lengder på 2,38 Mb og 26,38 kb for henholdsvis stillas og fortegn (Supplerende Tabell 2). Totalt 234 stillas dekker ca 330 Mb (93.5% av det monterte genomet) ble forankret til 11 vannmelonkromosomer, blant annet 126 og 94 stillas som utgjorde 70% og 65% av det monterte genomet ble bestilt og orientert, respektivt10.

vi forsøkte å finne ut hvorfor 16,8% av genomet ikke ble dekket av vår genommontering ved å tilpasse umonterte leser (17,4% av den totale leser) til det monterte genomet med mindre strenge kriterier (Tilleggsnotat og Tilleggstabell 3). Vi fant at de umonterte genomregionene hovedsakelig består av sekvenser som ligner på de samlede regionene. Fordeling av umontert leser på vannmelon kromosomer viste samme mønster som for transposable elementer(Fig. 1a Og Utfyllende Fig. 2). Vi identifiserte tre store repetisjonsenheter fra de umonterte sekvensene på grunnlag av deres betydelige lesedybder og sekvenslikheter med sentromerer, telomerer og ribosomale DNA (rDNA) klynger. VI bekreftet videre arten av DISSE repetisjonene AV FISK(Fig. 1b-d). Sammen disse resultatene støtter forestillingen om at undervurdering av gjenta andelen har en viktig rolle i umontert komponent av de novo genom forsamlinger, spesielt de som genereres ved hjelp av neste generasjons sekvenseringsteknologier11,12,13,14,15,16,17,18.

(A) Fordeling av umonterte leser på kromosom 1. Fordelingen av umonterte leser på de andre ti kromosomene er vist I Supplerende Figur 2. Tes, transposable elementer. (b) fisk av vannmelon kromosomer farget med 4 ‘ – 6-diamidino-2-fenylindol (dapi, blå) ved hjelp av prober fra gjenta enheter som ligner på centromere (rosa). (C) FISK bruker sonder fra gjenta enheter som ligner på telomer (rød). (D) FISK bruker sonder fra gjenta enheter som ligner på rDNAs (grønn, 45s; rosa, 5S). Vektstenger, 5@m.

Vi evaluerte videre kvaliteten på det monterte vannmelongenomet ved å bruke omtrent en million ESTs, fire helt sekvenserte BACs og sammenkoblede sekvenser av 667 BAC-kloner. Våre analyser støttet den høye kvaliteten på vannmelongenomet (Tilleggsnotat, Tilleggstabeller 4-6 og Tilleggsfiken. 3 og 4), som er gunstig sammenlignbar med flere andre nylig publiserte plantegenomer11,12,13,14,15,16,17,18 bruke neste generasjons sekvenseringsteknologier (Tabell 1).

Gjenta sekvens merknad og genet prediksjon

Transposable elementer er hovedkomponenter av eukaryote genomer. Vi identifiserte totalt 159.8 Mb (45.2%) av det samlede vannmelongenomet som transposable element gjentar. Blant disse repetisjonene kunne 68,3% bli annotert med kjente gjenta familier. Long terminal repeat (LTR) retrotransposons, hovedsakelig Gypsy-Type Og Copia-Type LTRs, er dominerende. Fordelingen av transposable element divergens priser viste en topp på 32% (Supplerende Fig. 5). Vi identifiserte videre 920 (7.8 Mb) FULL lengde LTR retrotransposons i vannmelon genomet. VI fant at I løpet av de siste 4,5 millioner år, LTR retrotransposons akkumulert mye raskere i vannmelon enn i agurk14 (Supplerende Fig. 6) slik at den totale forskjellen i deres genomstørrelser kan gjenspeile differensial LTR retrotransposonakkumulering.

vi spådde 23.440 proteinkodende gener med høy konfidens i vannmelongenomet (Supplerende Tabell 7), som er nær antall gener spådd i agurkgenomet19. Omtrent 85% av vannmelonens spådde gener hadde enten kjente homologer eller kunne funksjonelt klassifiseres (Supplerende Tabell 8). I tillegg identifiserte vi også 123 ribosomale RNA (rRNA), 789 overførings-RNA, 335 små nukleære rna og 141 mikrorna gener (Supplerende Tabell 9).

i samsvar med tidligere rapporterte plantegenomer viste vannmelonproteinkodende gener et klart berikelsesmønster innenfor subtelomere regioner. I motsetning til dette var den transposable elementrelaterte fraksjonen av genomet hovedsakelig lokalisert innenfor pericentromere og sentromere regioner. De korte armene til kromosomene 4, 8 og 11 er sterkt beriket med gjentatte sekvenser (Supplerende Fig. 7). 97103-genomet inneholdt en 5s og TO 45s rDNA-klynger på den korte armen av kromosomer 4 og 8 (ref. 10). VED HJELP AV FISK undersøkte vi videre rDNA mønstre i genomer av 20 representative vannmelon tiltredelser (Supplerende Tabell 10). Antallet OG plasseringen AV 5s og 45s rDNA-steder i genomene til de ti moderne kultiverte (C. lanatus subsp. vulgaris) og seks semiwild vannmelon (C. lanatus subsp. mucosospermus) var identiske med de i 97103 genomet, mens genomene til de fire fjernere relaterte vill vannmelon (C. lanatus subsp. lanatus) inneholdt en 45S og to 5s rDNA-steder, med det ekstra 5s rDNA-stedet på den korte armen av kromosom 11 (Supplerende Fig. 8). Disse resultatene indikerer at kromosomfusjon, fisjon og transponering av rDNA kan oppstå under utviklingen Av c. lanatus-arter. Vår analyse bekreftet også fylogenetisk forholdet mellom disse tre vannmelon underarter20 og støttet hypotesen Om At c. lanatus subsp. mucosospermus er den siste forfederen Til C. lanatus subsp. vulgaris.

Cucurbit genome evolution

genom-wide duplisering i angiospermer er vanlig og representerer en viktig molekylær mekanisme som har formet moderne plante karyotyper. I vannmelongenomet identifiserte vi syv store triplikasjoner som korresponderte med 302 paralogøse forhold som dekker 29% av genomet(Fig . 2a). Disse forfedre triplikatene korresponderte med den delte paleohexaploidiseringshendelsen (referert til som γ) rapportert for eudicots21 som dateres tilbake til 76-130 millioner år siden. Dette ville være godt i forkant av cucurbit genome speciation hendelsen som skjedde 15-23 millioner år siden (Supplerende Fig. 9).

(A) Skjematisk fremstilling av paralogous par identifisert i vannmelon genomet (kromosomer w1-w11). Hver linje representerer en syntenisk region. Forskjellige farger reflekterer opprinnelsen til de syv forfedres kromosomkaryotype eudikot (a1, A4, A7, A10, A13, A16 og A19). (B) Skjematisk fremstilling av syntenier blant vannmelon (kromosomer 1-11), agurk (kromosomer 1-7) og melon genomer (linkage grupper (LG) 1-12). Hver linje representerer en syntenisk region. Delt synteny mellom to av de tre artene er forbundet med en lys grå linje. (c) Evolusjon av vannmelon genomet (w1-w11 nederst) fra felles eudicot genomet forfedre av syv kromosomer (a1, A4, A7, A10, A13, A16 Og A19) og avledet paleohexaploid n = 21 (A1–A21) stamfar mellomliggende. Fargede blokker representerer utviklingen av segmenter fra 7 – eller 21-kromosomforfedrene for å nå den moderne vannmelongenomstrukturen. De 172 kromosomale fusjoner og fisjoner er uthevet med fargede piler. TE, transposable element; WGD, hel-genom duplisering.

for å få tilgang til arten av evolusjonære hendelser som fører til moderne cucurbit-genomstrukturer, analyserte vi synteniske forhold mellom vannmelon, agurk19, melon22 og grape21. Vi valgte drue som referanse, som det er kjent for å være den nærmeste i forhold til eudicot stamfar strukturert i syv protochromosomes23. Vi identifiserte totalt 3.543 orthologe forhold som dekker 60% av vannmelongenomet. Vi undersøkte deretter de detaljerte kromosom-til-kromosom-relasjonene i cucurbitaceae-familien og identifiserte ortologe kromosomer mellom vannmelon, agurk og melon (Fig. 2b). De kompliserte synteniske mønstre illustrert som mosaikk kromosom-til-kromosom ortologe relasjoner avduket en høy grad av kompleksitet kromosomal evolusjon og omorganisering blant disse tre viktige avling arter Av cucurbitaceae familien.

Integrering av uavhengige analyser av duplikasjoner innenfor, og syntenier mellom, de fire eudicot genomene (vannmelon, agurk, melon og drue) førte til presis karakterisering i vannmelon av de syv paleotriplikasjonene identifisert nylig som grunnlag for definisjonen av syv forfedre kromosomale grupper i eudicots24. På grunnlag av forfedre hexaploidization (γ) rapportert for eudicots, foreslår vi et evolusjonært scenario som har formet 11 vannmelon kromosomer fra 7-kromosom eudicot forfedre gjennom 21 paleohexaploid mellomprodukter. Vi foreslår at overgangen fra 21-kromosom eudicot mellomliggende forfedre involvert 81 fisjoner og 91 fusjoner for å nå den moderne 11-kromosom struktur av vannmelon, som er representert som en mosaikk av 102 forfedreblokker(Fig. 2c).

Vurdering av genetisk mangfold i vannmelon germplasm

vi valgte 20 representative vannmelon tiltredelser for genom resequencing. Disse inkluderte ti kultiverte tiltredelser som representerer de store varianter Av C. lanatus subsp. vulgaris (fem øst-Asia og Fem Amerika økotyper), seks semiwild c. lanatus subsp. mucosospermus og fire vill C. lanatus subsp. lanatus (Supplerende Tabell 10 Og Supplerende Fig. 10). Vi sekvenserte disse tilgangene til mellom 5× og 16× dekning og kartla kortlesningene til genomet av 97103 (Supplerende Tabell 11). Vi identifiserte totalt 6,784,860 kandidat SNPs og 965,006 små innsettinger / slettinger (indels) blant de 20 resequenced linjene og 97103. De store variasjonene eksisterte mellom C. lanatus subsp. lanatus og de to andre underarter, mens variasjonen innen dyrket vannmelon, spesielt C. lanatus subsp. vulgaris America ecotype, var relativt lav (Supplerende Tabell 12). Nøyaktigheten til SNP og indel calling var henholdsvis 99,3% og 98%, som angitt Ved Sanger-sekvensering (Tilleggsnotat og Tilleggstabell 13). Denne omfattende vannmelon genom variasjon datasett, som dekker et bredt spekter av vannmelon genetisk mangfold, representerer en verdifull ressurs for biologisk oppdagelse og germplasm forbedring.

Vi vurderte det genetiske mangfoldet blant vannmelonpopulasjonen ved å bruke to felles sammendragsstatistikk, π og θ 25. Den estimerte mengden av mangfold i vannmelon (Supplerende Tabell 14) var vesentlig lavere enn det som finnes i maize26, soyabønne 27 og rice28. Wild vannmelon inneholder større genetisk mangfold, noe som indikerer ytterligere genetisk mulighet for vannmelonforbedring. Vi har også undersøkt befolkningsstruktur og relasjoner mellom vannmelon tiltredelser gjennom bygging av en nabo-bli treet(Fig. 3a) og hovedkomponentanalyse (Pca) (Fig. 3b). Begge analysene indikerte det nære forholdet Mellom c. lanatus subsp. vulgaris og c. lanatus subsp. mucosospermus (Tilleggsnotat). Ytterligere analyse av populasjonsstruktur ved HJELP AV FRAPPE-programmet29 med K (antall populasjoner) satt fra 2 til 5 identifiserte en ny undergruppe innenfor C. lanatus subsp. mucosospermusgruppe (når K = 5) og tilsetninger Mellom c. lanatus subsp. vulgaris og c. lanatus subsp. mucosospermus (Fig. 3c Og Tilleggsnotat). Den nye undergruppen viser noen kjennetegn ved den kultiverte vannmelonen, som myk kjøtttekstur, rosa kjøttfarge og relativt høyt sukkerinnhold (Supplerende Tabell 10 Og Supplerende Fig. 10). Sammen gir disse resultatene ytterligere støtte til Vårt foreslåtte evolusjonære scenario Av C. lanatus subsp. mucosospermus Til C. lanatus subsp. vulgaris avledet FRA FISK analyse av kromosom rDNA distribusjon.

(A) Nabo-bli fylogenetisk tre av vannmelon tiltredelser på grunnlag Av SNPs. (b) pca analyse av vannmelon tiltredelser ved Hjelp Av SNPs som markører. C. lanatus subsp. vulgaris øst-Asia og Amerika økotyper Og C. lanatus subsp. mucosospermus tiltredelser klynger seg sammen (pil) og er nesten uutslettelig. (c) Befolkningsstruktur av vannmelon tiltredelser. Hver farge representerer en populasjon, hver tiltredelse er representert av en vertikal linje, og lengden på hvert farget segment i hver vertikal linje representerer andelen bidratt av forfedrepopulasjoner. Vist er representative vannmelonbilder fra hver underart eller økotype.

vi neste skannet genomet for regioner med høyest forskjeller i genetisk mangfold (nmucosospermus/nvulgaris) Mellom C. lanatus subsp. mucosospermus og c. lanatus subsp. vulgaris. Disse regionene representerer potensielle selektive feier under vannmelon domestisering, som moderne vannmelon sortar er antatt å ha blitt temmet Fra C. lanatus subsp. mucosospermus. Vi identifiserte totalt 108 regioner (7,78 Mb i størrelse) som inneholdt 741 kandidatgener (Fig. 4 Og Utfyllende Tabell 15). Selv om genkomplement i disse regionene kunne ha blitt påvirket av genetisk hitchhiking, identifiserte vi biologiske prosesser som var signifikant beriket i kandidatgener som var relatert til viktige utvalgte egenskaper i forhold til hele genomet, inkludert regulering av karbohydratbruk, sukkermediert signalering, karbohydratmetabolisme, respons på sukrose stimulus, regulering av nitrogen-sammensatt metabolisme, cellulær respons på nitrogen sult og vekst (Tilleggsnotat og Tilleggstabeller 16-18).

Rosa stenger under x-aksen tilsvarer regioner med 1% signifikansnivå for mangfoldsforskjell (nmucosospermus/nvulgaris).

det er bemerkelsesverdig at visse ikke-sentromere regioner, spesielt en stor region på kromosom 3 (fra ∼3,4 Mb til ∼5,6 Mb), kun har særlig høy nukleotiddivergens blant c. lanatus subsp. mucosospermus tiltredelser (Fig. 4). En tidligere rapport beskrev et lignende funn i tre forskjellige riskryss, og det ble antydet at disse populasjonsspesifikke høyd-divergensregionene var sterkt forbundet med gener involvert i reproduktive barrierer30. Vi analyserte gener i den store høymangfoldregionen på kromosom 3 og fant faktisk at de mest signifikant berikede genkategoriene var anerkjennelse av pollen og pollen-pistil-interaksjonen; begge disse genkategoriene er relatert til reproduktive barrierer (Supplerende Tabell 19). I tillegg bestemte vi oss for at regionen inneholdt en stor klynge av 12 tandemly arrayed s-locus proteinkinase gener, som er involvert i reproduktive barrierer31. Den høye nukleotiddivergensen av reproduktive barrieregener i C. lanatus subsp. mucosospermus, den siste stamfaren til moderne dyrket vannmelon, indikerer at domesticering av vannmelon kan være en mulig kraft som er ansvarlig for den raske utviklingen av reproduktive barrierer, som det har blitt rapportert i rice30. Videre ble gener involvert i planterespons på abiotiske og biotiske påkjenninger også betydelig beriket i denne regionen, i tillegg til gener relatert til flere kjente utvalgte egenskaper som karbohydratmetabolisme, fruktsmak (terpenmetabolisme) og frøoljeinnhold (fettsyremetabolisme) (Supplerende Tabell 19).

Utvikling av sykdomsresistensgener i vannmelon

vannmelonavlingen lider store tap fra mange sykdommer. Derfor er forbedring i patogenresistens et pågående mål for vannmelonavlsprogrammer. For å undersøke det molekylære grunnlaget for patogenfølsomhet, søkte vi etter tre hovedklasser av resistensgener i vannmelongenomet, nemlig nukleotidbindingsstedet og leucinrik repeat( NBS-LRR), lipoxygenase (LOX) 32 og reseptorlignende genfamilier33. Vi identifiserte totalt 44 nbs-lrr-gener, inkludert 18 Tollinterleukinreseptor(TIR)-NBS– LRR-og 26 coiled-coil (CC)-NBS–LRR-kodende gener (Supplerende Tabell 20). Vannmelon nbs-LRR-genene utviklet seg uavhengig, og vi oppdaget ingen sekvensutveksling mellom forskjellige homologer. Slike evolusjonære mønstre ligner de av TYPE II r-gener i salat Og Arabidopsis34, noe som indikerer at vannmelon har lavt mangfold AV nbs-LRR-gener. Antall nbs-LRR-gener i vannmelongenomet er lik det i agurk14 og papaya35, men er betydelig færre enn i maize36, rice37 og apple12. I motsetning HAR LOX-genfamilien gjennomgått en utvidelse i vannmelongenomet med 26 medlemmer, hvorav 19 er arrangert i to tandemgenarrayer (Supplerende Fig. 11). Lignende funn har blitt rapportert i agurk, med utvidelse AV LOX-genfamilien som har blitt vurdert som en mulig komplementær mekanisme for å takle patogeninvasjon14. Vi identifiserte videre 197 reseptorlignende gener i vannmelongenomet, blant annet 35 koder for reseptorlignende proteiner som mangler et kinasedomene og 162 koder for reseptorlignende kinaser som har et intracellulært kinasedomene i tillegg til de ekstracellulære lrr-og transmembrane domenene (Supplerende Tabell 20). Mange av disse resistensgener er plassert på kromosomer i klynger(Supplerende Fig. 11), foreslår tandem duplikasjoner som deres evolusjonære grunnlag.

det har vært spekulert i at mangelen på motstand mot et bredt spekter av sykdommer i moderne vannmelon kultivarer er et resultat av mange års dyrking og utvalg som har fokusert på ønskelig frukt kvaliteter på bekostning av sykdom motstand8,38. For å teste denne oppfatningen utførte vi de novo assemblies of unmapped reads samlet hver fra moderne dyrket (C. lanatus subsp. vulgaris) og semiwild og vill (C. lanatus subsp. mucosospermus og c. lanatus subsp. lanatus, henholdsvis) tiltredelser. Vi identifiserte 11 og 69 gener fra henholdsvis dyrkede og semiwild-og villgrupper som er homologe med kjente planteproteiner (Supplementstabell 21). Det er verdt å nevne at de 69 nye genene som ble identifisert fra semiwild – og villgruppen, var sterkt beriket med sykdomsrelaterte gener, inkludert 6 TIR-LRR-nbs-gener, 1 PR-1-gen og 3 lipoxygenase-gener, mens ingen av de 11 gener identifisert i den dyrkede gruppen var sykdomsrelaterte. I tillegg var alle DE 44 NBS-LRR-genene identifisert i 97103-genomet også tilstede i semiwild og wild-tiltredelsene (Tilleggsnotat). Disse funnene støtter hypotesen om at en stor del av sykdomsresistensgener har gått tapt under vannmelon-domestisering.

Analyse av cucurbit phloem sap og vaskulære transkriptomer

angiosperm enucleate sil tube system inneholder mRNA, hvorav noen har vist seg å fungere som en langdistanse signal agent 39,40. Gjennom dyp transkriptomsekvensering (Supplerende Tabell 22) identifiserte vi 13.775 og 14.242 mRNA-arter i henholdsvis vannmelon-og agurkvaskulære bunter og 1.519 og 1.012 transkripsjoner i henholdsvis vannmelon-og agurkfloemsap (Supplerende Tabeller 23-26). Spesielt fant vi at gensettene i de vaskulære buntene mellom de to cucurbit-artene var nesten identiske, mens bare 50-60% av transkripsjonene oppdaget i phloem sap var vanlige mellom de to artene (Tilleggsnotat og Tilleggstabell 27). Gene Ontologi (GO) term berikelse analyse indikerte at hovedkategorier blant de vanlige phloem transkripsjoner var respons på stress eller stimulus (Supplerende Tabell 28), som er helt i samsvar med den sentrale rollen til anlegget vaskulære system, og phloem spesielt, i langdistanse kommunikasjonssystem som integrerer abiotisk og biotisk stress signalering på hele anlegget nivå41. I kontrast, analyse av phloem transkripsjoner som er unike for vannmelon identifisert makromolekylær biosyntese prosess og protein metabolske prosessen som de viktigste GO kategorier (Supplerende Tabell 29). De unike phloem sap-transkripsjonene kan gjenspeile spesialiserte funksjoner som er unike for phloems rolle i disse artene. Det er bemerkelsesverdig at vannmelonfloemet inneholdt 118 transkripsjonsfaktorer, mens vi bare identifiserte 46 transkripsjonsfaktorer i agurk og 32 transkripsjonsfaktorer som var felles for begge (Supplerende Tabeller 30-32).

Gresskar (Cucurbita maxima) har blitt brukt som et modellsystem for phloem studies42,43. Vi utviklet gresskar vaskulær bunt og phloem sap transkripsjon kataloger gjennom generasjon og de novo montering Av Illumina paret-end RNA sekvensering (RNA-Seq) leser. Sammenlignende analyse av vannmelon, agurk og gresskar phloem transkriptomes indikerte at omtrent 36% av deres transkripsjoner var felles (Supplerende Fig. 12). Disse konserverte transkripsjonene utfører sannsynligvis funksjoner som er sentrale for driften av silrørsystemet i de fleste cucurbit og muligens flere arter.

Regulering av vannmelon frukt utvikling og kvalitet

Vannmelon frukt utvikling er en kompleks prosess som involverer store endringer i størrelse, farge, tekstur, sukkerinnhold og ernæringsmessige komponenter. For å få en omfattende karakterisering av genene som er involvert i utvikling og kvalitet av vannmelonfrukt, utførte vi strengspesifikk RNA-Seq44 av både kjøtt og skall på fire viktige stadier av fruktutvikling i den innavlede linjen 97103 (Supplerende Tabell 33). Vi identifiserte 3,046 og 558 gener som ble differensielt uttrykt i henholdsvis kjøtt og skall under fruktutvikling og 5,352 gener som ble differensielt uttrykt mellom kjøtt og skall i minst ett av de fire stadiene (Supplerende Tabeller 34-36). GO term anrikningsanalyse indikerte at under fruktutvikling i både kjøtt og skall ble biologiske prosesser som celleveggbiogenese, flavonoidmetabolisme og forsvarsresponser signifikant endret (falske oppdagelsesrater (fdr) < 0,01), mens karotenoid -, heksose-og monosakkaridmetabolske prosesser bare ble signifikant endret i kjøttet, og støttet store fysiologiske forskjeller, inkludert sukkerinnhold og fruktfarge, mellom kjøtt og skall (Supplerende Tabell 37).

Sukkerinnhold er en nøkkelfaktor for å bestemme vannmelon fruktkvalitet. Søtheten av en vannmelon bestemmes av både det totale sukkerinnholdet og forholdene mellom de store akkumulerte sukkerene: glukose, fruktose og sukrose45. I ung 97103 fruktkjøtt, fruktose og glukose er de dominerende sukker, mens i modne 97103 fruktkjøtt, både sukrose og totalt sukkerinnhold er vesentlig økt, med sukrose deretter bli den dominerende sukker; i skallet, sukkerinnholdet forblir relativt lave (Supplerende Tabell 38). Endelig sukkerakkumulering i vannmelonfrukt bestemmes av sukkeravlastning fra phloem etterfulgt av opptak og metabolisme i fruktkjøttet. Det annoterte vannmelongenomet inneholder totalt 62 sukker metabolske enzymgener og 76 sukkertransportørgener, hvorav 13 sukker metabolske gener og 14 sukkertransportørgener ble differensielt uttrykt under kjøttutvikling og mellom kjøtt og skallvev (Supplerende Tabell 39 og 40). På grunnlag av disse resultatene og tidligere publisert arbeid fra andre plantearter46,47, foreslår vi en modell for sukker metabolisme i cellene av vannmelon frukt kjøtt (Supplerende Fig. 13). Spesielt under utvikling av vannmelonkjøtt fungerer α-galaktosidase, uoppløselig syreinvertase, nøytral invertase, sukrosefosfatsyntase, UDP-glukose 4-epimerase, oppløselig syreinvertase og UDP-galaktose/glukosepyrofosforylase som nøkkelenzymer involvert i regulering av sukkeravlastning og metabolisme. Videre er de 14 differensielt uttrykte sukkertransportørene trolig ansvarlige for sukkerpartisjonering (Tilleggsnotat).

Transkripsjonsfaktorer har også en rolle i sukkerakkumulering48. Av de 1,448 antatte transkripsjonsfaktorgenene som ble identifisert i vannmelongenomet, viste 193 signifikante uttrykksendringer (FDR < 0,01) under kjøttutvikling og også i kjøtt sammenlignet med skall i senere stadier, inkludert transkripsjonsfaktorer fra familier som er kjent for å være involvert i regulering av sukkerakkumulering (Tilleggsnotat og Tilleggstabeller 41 og 42). Det er bemerkelsesverdig at ett bzip-gen, Cla014572, er nedregulert under kjøttutvikling og inneholder den sukrose-kontrollerte oppstrøms åpne leserammen (Sc-uORF) (Tilleggsnotat Og Tilleggsfigur. 14). Det ble nylig rapportert at transgene planter konstitutivt uttrykker tobakk SC-uORF inneholder bzip genet tbz17, men mangler SIN SC-uORF hadde økt sukker concentrations49. Derfor er vår analyse i samsvar med En rolle For Cla014572 som en nøkkelregulator for sukkerakkumulering under fruktutvikling.

MADS-box gener, SOM MADS-rin (Også Kjent Som LeMADS-RIN)50 og TAGL1 (ref. 51) i tomat, har blitt rapportert å regulere frukt ekspansjon og modning prosesser. Fylogenetisk analyse av vannmelon, agurk OG Arabidopsis MADS-box transkripsjonsfaktorer, sammen MED MADS-RIN OG TAGL1, identifiserte TO MADS-box transkripsjonsfaktorer fra vannmelon i hver AV RIN-og AGL1-kladene (Supplerende Notat Og Supplerende Fig. 15). Disse fire genene (Cla000691 og Cla010815 I RIN clade og Cla009725 og Cla019630 I AGL1 clade) er blant DE mest uttrykte MADS-box transkripsjonsfaktorene under fruktutvikling(Supplerende Tabell 43). Spesielt, i motsetning TIL MADS-RIN, som er svært uttrykt bare i modne frukter, Er Både Cla000691 Og Cla010815 sterkt uttrykt gjennom fruktutvikling, noe som indikerer at de kunne ha utviklet seg til å delta i andre funksjoner i tillegg til modning. Det er bemerkelsesverdig i denne forbindelse at nære banan – og jordbærhomologer AV MADS-RIN også viser uttrykk og / eller funksjonelle aktiviteter som strekker seg utover modningsfrukten52, 53. Uttrykksprofilene Til Cla009725 og Cla019630 under fruktutvikling ligner TAGL1, som stemmer overens med deres potensielle roller i å regulere fruktutvidelse og modning51.

Citrullin er en ikke-essensiell aminosyre produsert av glutamin og har ulike fordeler for helse og atletisk ytelse. Navnet er avledet fra citrullus, det latinske ordet for vannmelon, hvorfra det først ble isolert54. Vannmelonkjøtt og skall tjener som en naturlig kilde til citrullin, og dens overflod øker vesentlig under fruktmodning, men avtar da frukten blir overmodig(Supplerende Fig. 16). På grunnlag av vår annotasjon av vannmelongenomet, identifiserte vi 14 gener i citrullin metabolismeveien (Supplerende Fig. 17). Sammenlignet Med Arabidopsis citrullin metabolismeveien, har denne banen i vannmelon gjennomgått ekspansjon i arginosuccinase – og arginosuccinatsyntasefamiliene. Begge er involvert i å konvertere citrullin Til L-arginin. Vi fant en arginosuccinase og to arginosuccinat syntase gener å være sterkt nedregulert under vannmelon kjøtt utvikling (Supplerende Tabell 44). Således er citrullinakkumulering i det modne fruktkjøttet sannsynligvis et resultat av redusert aktivitet av citrullinforringelse.