O projecto genoma de melancia (Citrullus lanatus) e reordenação de 20 de diversas adesões

sequenciamento do Genoma e montagem

selecionamos os Chineses elite melancia pura linha 97103 para o seqüenciamento do genoma. Nós geramos um total de 46,18 Gb de sequência genômica de alta qualidade usando a tecnologia de sequenciamento ilumina (tabela suplementar 1), representando 108.6 vezes a cobertura de todo o genoma da melancia, que tem um tamanho estimado de genoma de ∼425 Mb com base em nossa análise de distribuição de profundidade de 17 mer das leituras sequenciadas (Fig. suplementar. 1) e uma análise de citometria de fluxo anterior 9. A Assembleia de novo da ilumina read resultou em uma assembleia final de 353,5 Mb, representando 83,2% do genoma da melancia. O conjunto é composto por 1.793 Andaimes (≥500 bp) com N50 comprimentos de 2,38 Mb e 26,38 KiB para os andaimes e contigs, respectivamente (quadro suplementar 2). Um total de 234 Andaimes cobrindo aproximadamente 330 Mb (93.5% do genoma montado) estavam ancorados nos 11 cromossomas de melancia, entre os quais 126 e 94 Andaimes, representando 70% e 65% do genoma montado, foram ordenados e orientados, respectivamente10.Procurou-se determinar por que razão 16,8% do genoma não foi abrangido pela nossa assembleia genómica, alinhando as leituras não reunidas (17,4% do total das leituras) com o genoma montado com critérios menos rigorosos (Nota suplementar e tabela suplementar 3). Descobrimos que as regiões do genoma não reunidas são compostas principalmente de sequências que são semelhantes às das regiões montadas. A distribuição das leituras não reunidas nos cromossomas de melancia mostrou o mesmo padrão que o dos elementos transponíveis (Fig. 1a E Fig. suplementar. 2). Identificámos três grandes unidades de repetição das sequências não montadas com base nas suas profundidades de leitura substanciais e semelhanças de sequências com centrómeros, telómeros e grupos de ADN ribossómico (DNA rDNA). Confirmámos ainda a natureza destas repetições por peixes (Fig. 1b-d). Em conjunto, estes resultados apoiam a noção de que a subestimação da proporção repetida tem um papel importante no componente não montado das assembleias do genoma de novo, especialmente as geradas utilizando tecnologias de sequenciação da próxima geração (11).,12,13,14,15,16,17,18.

(a) distribuição de leituras não montadas no cromossoma 1. A distribuição de leituras não montadas nos outros dez cromossomas é mostrada na Figura 2 suplementar. TEs, elementos transponíveis. b) peixes de cromossomas de melancia manchados com 4′-6-diamidino-2-fenilindol (DAPI, azul), utilizando sondas de unidades repetidas semelhantes ao centromere (cor-de-rosa). c) peixes que utilizem sondas de unidades repetidas semelhantes ao telomere (vermelho). d) peixes que utilizem sondas de unidades repetidas semelhantes às rDNAs (verde, 45S; rosa, 5S). Barras de escala, 5 µm.

avaliamos ainda a qualidade do genoma de melancia montado usando aproximadamente um milhão de ESTs, quatro BACs completamente sequenciados e sequências emparelhadas de 667 clones BAC. As nossas análises apoiaram a elevada qualidade da montagem do genoma da melancia (Nota complementar, quadros suplementares 4-6 e figos suplementares. 3 e 4), que é favoravelmente comparável a vários outros genomas vegetais recentemente publicados11,12,13,14,15,16,17,18 utilização de tecnologias de sequenciação de próxima geração (Quadro 1).

a anotação da sequência repetida e a previsão genética

elementos transponíveis são componentes principais dos genomas eucarióticos. Identificamos um total de 159,8 Mb (45,2%) do genoma de melancia montado como repetições de elementos transponíveis. Entre estas repetições, 68,3% podem ser anotados com famílias repetidas conhecidas. Os retrotransposons longos terminais (LTR), principalmente ciganos e Copia, são predominantes. A distribuição das taxas de divergência dos elementos transponíveis mostrou um pico de 32% (figura suplementar. 5). Identificamos ainda 920 (7,8 Mb) retrotransposons LTR de comprimento completo no genoma da melancia. Descobrimos que nos últimos 4,5 milhões de anos, retrotransposons LTR se acumularam muito mais rápido em melancia do que em pepino 14 (Fig. suplementar. 6) de modo que a diferença global nos seus tamanhos do genoma possa reflectir a acumulação diferencial de retrotransposões LTR.

previmos 23.440 genes codificadores de proteínas de alta confiança no genoma da melancia (tabela suplementar 7), que está próximo do número de genes previsto no genoma do pepino 19. Aproximadamente 85% dos genes previstos de melancia tinham homólogos conhecidos ou podiam ser funcionalmente classificados (quadro complementar 8). Além disso, também identificamos 123 RNA ribossomal (rRNA), 789 RNA de transferência, 335 pequenos RNA nuclear e 141 genes de microRNA (tabela suplementar 9).

de acordo com os genomas vegetais previamente notificados, os genes que codificam proteínas de melancia mostraram um padrão claro de enriquecimento nas regiões subteloméricas. Em contraste, a fração transposível relacionada com elementos do genoma estava localizada principalmente dentro das regiões pericentromérica e centromérica. Os braços curtos dos cromossomas 4, 8 e 11 são altamente enriquecidos com sequências repetidas (Figo suplementar. 7). O genoma 97103 continha um 5s e dois grupos 45S de DNA recombinante no braço curto dos cromossomas 4 e 8 (ref. 10). Utilizando peixe, investigámos mais os padrões de ADNR em genomas de 20 adesões de melancia representativas (quadro suplementar 10). The number and location of 5S and 45S rDNA sites in the genomes of the ten modern cultivated (C. lanatus subsp. vulgaris) e seis melancias semiwild (C. lanatus subsp. mucosospermus) eram idênticos aos do genoma 97103, enquanto os genomas das quatro melancias selvagens mais distantes (C. lanatus subsp. lanatus) continha um 45S e dois sítios rDNA 5S, com o local rDNA 5S adicional no braço curto do cromossoma 11(Fig. 8). Estes resultados indicam que a fusão, fissão e transposição de DNA cromossômico podem ocorrer durante a evolução das espécies de C. lanatus. Nossa análise também confirmou a relação filogenética destas três subespécies de melancia e apoiou a hipótese de que C. lanatus subsp. mucosospermus é o ancestral recente de C. lanatus subsp. vulgar.

Cucurbit genoma evolução

Genome-wide duplicação em angiospermas é comum e representa um importante mecanismo molecular que tem a forma moderna planta de cariótipo. No genoma da melancia, identificamos sete grandes triplicações que correspondem a 302 relações paralógicas cobrindo 29% do genoma (Fig. 2a). Estes triplicados ancestrais correspondiam ao evento de paleohexaploidização compartilhado (referenciado como γ) relatado para eudicots21 que remonta a 76-130 milhões de anos atrás. Isso seria muito antes do evento de especiação do genoma cucurbit que ocorreu 15-23 milhões de anos atrás (Fig suplementar. 9).

(a) representação Esquemática de paralogous pares identificados dentro da melancia genoma (cromossomos w1–w11). Cada linha representa uma região sintética. Diferentes cores refletem a origem dos sete cariótipo ancestral eudicot (A1, A4, A7, A10, A13, A16 e A19). B) representação esquemática das sintetias entre melancia (cromossomas 1-11), pepino (cromossomas 1-7) e genomas de melão (grupos de ligação 1-12). Cada linha representa uma região sintética. A sintenia compartilhada entre duas das três espécies está ligada por uma linha cinza claro. c) evolução do genoma da melancia (w1–w11 no fundo) a partir dos antepassados comuns do genoma eudicot de sete cromossomas (A1, A4, A7, A10, A13, A16 e A19) e do derivado paleohexaploide n = 21 (A1–A21) ancestral intermédio. Blocos coloridos representam a evolução dos segmentos dos ancestrais dos cromossomos 7 ou 21 para alcançar a estrutura moderna do genoma da melancia. As 172 fusões e fissões cromossômicas são destacadas com setas coloridas. TE, transposable element; WGD, whole-genome duplication.

Para aceder a natureza dos eventos evolutivos levando a moderna cucurbit genoma estruturas, analisamos o syntenic relações entre a melancia, cucumber19, melon22 e grape21. Escolhemos a uva como referência, pois é conhecida por ser a parente mais próxima do ancestral eudicot estruturado em sete protocromosomes23. Identificamos um total de 3.543 relações ortológicas cobrindo 60% do genoma de melancia. Investigámos então as relações cromossómicas detalhadas da família Cucurbitaceae e identificámos cromossomas ortológicos entre melancia, pepino e melão (Fig. 2b). Os padrões sintéticos complicados ilustrados como relações ortológicas cromossómicas em mosaico revelaram um elevado grau de complexidade da evolução cromossómica e rearranjo entre estas três importantes espécies vegetais da família Cucurbitaceae.

Integração de análises independentes de duplicações de dentro, e syntenies entre os quatro eudicot genomas (melancia, pepino, melão e uva), levou para a caracterização precisa de melancia das sete paleotriplications identificado recentemente como base para a definição de sete ancestrais cromossômicas grupos eudicots24. Com base na hexaploidização ancestral (γ) relatada para os eudicots, propomos um cenário evolutivo que moldou os 11 cromossomas de melancia dos 7 cromossomas eudicot ancestrais através dos 21 intermediários paleohexaplóides. Sugerimos que a transição dos ancestrais intermédios da eudicot com 21 cromossomas envolveu 81 fissões e 91 fusões para atingir a moderna estrutura cromossómica de 11 cromossomas da melancia, que é representada como um mosaico de 102 blocos ancestrais (Fig. 2c).

avaliação da diversidade genética no Germoplasma de melancia

seleccionámos 20 adesões de melancia representativas para a ressequenciação do genoma. Estes incluíram dez adesões cultivadas representando as principais variedades de C. lanatus subsp. vulgaris( cinco ecótipos da Ásia Oriental e cinco da América), seis semiwild C. lanatus subsp. mucosospermus and four wild C. lanatus subsp. lanatus (quadro suplementar 10 e Figo suplementar. 10). Sequenciamos estas adesões para entre 5× e 16× cobertura e mapeamos as leituras curtas para o genoma de 97103 (tabela suplementar 11). Nós identificamos um total de 6.784.860 candidatos SNPs e 965.006 pequenas inserções / supressões (indels) entre as 20 linhas ressequenciadas e 97103. As principais variações existiam entre c. lanatus subsp. lanatus e as outras duas subespécies, enquanto a variação dentro da melancia cultivada, especialmente C. lanatus subsp. o ecótipo vulgaris America, foi relativamente baixo (Quadro suplementar 12). As precisões da nossa chamada SNP e indel foram de 99,3% e 98%, respectivamente, conforme indicado pela sequenciação de Sanger (Nota suplementar e quadro suplementar 13). Este extenso conjunto de dados de variação do genoma de melancia, cobrindo um amplo espectro de diversidade genética de melancia, representa um recurso valioso para a descoberta biológica e melhoria do germoplasma.Avaliámos a diversidade genética da população de melancias utilizando duas estatísticas sumárias comuns, π e θw25. A quantidade estimada de diversidade de melancia (quadro complementar 14) foi substancialmente inferior à encontrada em maize26, soja 27 e rice28. A melancia selvagem contém uma maior diversidade genética, indicando oportunidades genéticas adicionais para a melhoria da melancia. Também investigamos a estrutura populacional e as relações entre as adesões de melancia através da construção de uma árvore de união de vizinhos (Fig. 3a) e principal Análise de componentes (APC) (Fig. 3b). Ambas as análises indicaram a estreita relação entre c. lanatus subsp. vulgaris and C. lanatus subsp. mucosospermus (Nota complementar). Análise adicional da estrutura populacional usando o programa FRAPPE 29 com K (o número de populações) definido de 2 a 5 identificou um novo subgrupo dentro do subsp C. lanatus. grupo mucosospermus (quando K = 5) e misturas entre c. lanatus subsp. vulgaris and C. lanatus subsp. mucosospermus (Fig. 3C e Nota complementar). O novo subgrupo apresenta algumas características da melancia cultivada, tais como textura de polpa macia, cor de polpa rosa e teor de açúcar relativamente elevado (tabela suplementar 10 e Figo suplementar. 10). Juntos, estes resultados oferecem um maior apoio para o nosso cenário evolutivo proposto de C. lanatus subsp. mucosospermus para C. lanatus subsp. vulgaris derivado da análise FISH da distribuição cromossómica de ADNR.

(a) Neighbor-joining árvore filogenética de melancia adesões na base de SNPs. b) análise APC das adesões de melancia com recurso ao SNPs como marcadores. C. lanatus subsp. vulgaris east Asia and America ecotypes and C. lanatus subsp. mucosospermus accessions cluster together (arrow) and are almost indistinguishable. c) estrutura populacional das adesões de melancia. Cada cor representa uma população, cada adesão é representada por uma barra vertical, e o comprimento de cada segmento colorido em cada barra vertical representa a proporção contribuída por populações ancestrais. São mostradas imagens de melancia representativas de cada subespécie ou ecótipo.

Nós próxima verificado o genoma para as regiões com as maiores diferenças de diversidade genética (nmucosospermus/nvulgaris) entre C. lanatus subsp. mucosospermus and C. lanatus subsp. vulgar. Estas regiões representam potenciais varreduras seletivas durante a domesticação de melancia, como as modernas cultivares de melancia são consideradas domesticadas a partir de C. lanatus subsp. mucosospermus. Identificamos um total de 108 regiões (7,78 Mb em tamanho) contendo 741 genes candidatos (Fig. 4 e quadro complementar 15). Embora o gene complementa estas regiões, poderia ter sido afetado pela genética de carona, identificamos processos biológicos significativamente enriquecido em genes candidatos que foram relacionados a importantes selecionado características quando comparado com o genoma inteiro, incluindo o regulamento de uso de hidratos de carbono, açúcar mediada sinalização, metabolismo de carboidratos, a resposta a sacarose, o estímulo, o regulamento de nitrogênio, compostos de metabolismo, resposta celular ao nitrogênio fome e crescimento (Complementar Observação e quadros Suplementares 16-18).

cor-de-Rosa barras abaixo do eixo x correspondem a regiões com 1% de significância nível de diversidade diferença (nmucosospermus/nvulgaris).

vale ressaltar que certas regiões não-centroméricas, especialmente uma grande região no cromossomo 3 (de 3.4 3,4 Mb a ∼5,6 Mb), têm uma divergência nucleotídica particularmente elevada apenas entre c. lanatus subsp. mucosospermus accessions (Fig. 4). Um relatório anterior descreveu uma descoberta semelhante em três cruzamentos de arroz diferentes, e foi sugerido que essas regiões de alta divergência específicas da população eram altamente associadas com genes envolvidos em barriers reprodutivos 30. Analisamos genes na Grande Região de alta diversidade do cromossomo 3 e, de fato, descobrimos que as categorias de genes mais significativamente enriquecidos foram o reconhecimento do pólen e a interação Polen-pistil; ambas as categorias de genes estão relacionadas com barreiras reprodutivas (tabela suplementar 19). Além disso, determinamos que a região continha um grande aglomerado de 12 genes de proteína cinase S-locus combinados em tandemly, que estão envolvidos em barriers reprodutivos 31. The high nucleotide divergence of reproductive barrier genes in C. lanatus subsp. mucosospermus, o recente progenitor da melancia cultivada moderna, indica que a domesticação da melancia pode ser uma possível Força responsável pela rápida evolução das barreiras reprodutivas, como foi relatado em rice30. Além disso, os genes envolvidos nas respostas vegetais a tensões abióticas e bióticas também foram significativamente enriquecidos nesta região, além de genes relacionados com vários traços conhecidos, como o metabolismo dos hidratos de carbono, o sabor dos frutos (metabolismo do terpeno) e o teor de óleo de semente (metabolismo dos ácidos gordos) (tabela suplementar 19).

evolução dos genes de resistência à doença na melancia

a cultura de melancia sofre perdas importantes devido a numerosas doenças. Portanto, a melhoria na resistência patógena é um objetivo contínuo dos programas de melhoramento de melancia. Para investigar a base molecular para a susceptibilidade ao patogéneo, procurámos três classes principais de genes de resistência no genoma da melancia, nomeadamente o local de ligação dos nucleótidos e a repetição rica em leucina (NBS-LRR), a lipoxigenase (LOX)32 e as famílias de genes semelhantes aos receptores 33. Identificámos um total de 44 genes NBS-LRR, incluindo 18 receptores de interleucina (TIR)-NBS-LRR– e 26 genes de coiled-coil (CC)-NBS-LRR–codificadores (tabela suplementar 20). Os genes de melancia NBS-LRR evoluíram de forma independente, e não detectamos trocas de sequências entre homólogos diferentes. Tais padrões evolutivos são semelhantes aos dos genes tipo II R na alface e Arabidopsis34, indicando que a melancia tem baixa diversidade de genes NBS-LRR. O número de genes NBS-LRR no genoma da melancia é semelhante ao do pepino 14 e papaya35, mas é consideravelmente menor do que o do maize36, rice37 e apple12. Em contraste, a família de genes LOX sofreu uma expansão no genoma de melancia com 26 membros, 19 dos quais são dispostos em duas matrizes de genes tandem (Fig suplementar. 11). Achados semelhantes foram relatados em pepino, com a expansão da família de genes LOX tendo sido considerado como um possível mecanismo complementar para lidar com o vírus invasion14. Identificámos ainda 197 genes do tipo receptor no genoma da melancia, entre os quais 35 codificam proteínas do tipo receptor sem um domínio de cinase e 162 codificam cinases do tipo receptor que têm um domínio de cinase intracelular, além dos domínios extracelular LRR e transmembranar (tabela suplementar 20). Muitos destes genes de Resistência estão localizados em cromossomas em aglomerados (Figo suplementar. 11), sugerindo duplicações em tandem como sua base evolutiva.Especula-se que a falta de Resistência a uma grande variedade de doenças nas cultivares de melancia modernas é o resultado dos muitos anos de cultivo e seleção que se concentraram em qualidades frutíferas desejáveis em detrimento da resistência8,38. Para testar esta noção, realizamos conjuntos de novo de leituras não mapeadas agrupadas cada uma a partir de culturas modernas (C. lanatus subsp. vulgaris) e semiwild and wild (C. lanatus subsp. mucosospermus and C. lanatus subsp. lanatus, respectivamente) adesões. Identificamos 11 e 69 genes dos grupos cultivados e semiwild e selvagens, respectivamente, que são homólogos de proteínas vegetais conhecidas (tabela suplementar 21). Vale a pena mencionar aqui que os 69 novos genes identificados a partir do grupo semiwild e selvagem foram altamente enriquecidos com genes relacionados com a doença, incluindo, 6 genes TIR-LRR-NBS, 1 gene PR-1 e 3 genes lipoxigenase, enquanto nenhum dos 11 genes identificados no grupo cultivado estavam relacionados com a doença. Além disso, todos os 44 genes NBS-LRR identificados no genoma 97103 também estavam presentes nas adesões semiwild e selvagens (Nota complementar). Estes achados suportam a hipótese de que uma grande parte dos genes de resistência à doença foi perdida durante a domesticação de melancia.

Análise de cucurbit floema sap e vascular transcriptomes

O angiospermas enucleate peneira sistema de tubo contém mRNA, alguns dos quais tem sido mostrado para funcionar como uma de longa distância, a sinalização agent39,40. Através da sequência de transcriptomas profundos (quadro complementar 22), identificámos 13.775 e 14.242 espécies de ARNm em feixes de melancia e vasculares de pepino, respectivamente, e 1519 e 1.012 transcrições na seiva de melancia e de pepino (quadros suplementares 23-26). Notavelmente, descobrimos que os conjuntos de genes nos feixes vasculares entre as duas espécies de cucurbit eram quase idênticos, enquanto apenas 50-60% das transcrições detectadas na seiva de phloem eram comuns entre as duas espécies (Nota suplementar e tabela suplementar 27). Gene Ontology (GO) termo de enriquecimento análise indicou que as principais categorias entre o comum floema as transcrições foram a resposta ao estresse ou estímulo (Quadro Suplementar 28), que é totalmente consistente com o papel central da planta, o sistema vascular e o floema, em particular, nas de longa distância, o sistema de comunicação que integra abióticos e bióticos estresse sinalização em toda a planta level41. Em contraste, a análise das transcrições de phloem que são únicas da melancia identificou o processo de biossíntese macromolecular e o processo metabólico proteico como as principais categorias GO (tabela suplementar 29). As únicas transcrições de sap de phloem podem refletir funções especializadas que são únicas para o papel do phloem nestas espécies. Vale ressaltar que o phloem de melancia continha 118 fatores de transcrição, enquanto nós identificamos apenas 46 fatores de transcrição em pepino e 32 fatores de transcrição que eram comuns a ambos (tabelas suplementares 30-32).

Pumpkin (Cucurbita maxima) has been used as a model system for phloem studies42,43. Desenvolvemos pacotes vasculares de abóbora e Catálogos de transcrição de sap de phloem através da geração e montagem de novo da sequência de Rna ilumina emparelhada (RNA-Seq). A análise comparativa das transcriptomas de melancia, pepino e abóbora-pé indica que aproximadamente 36% de suas transcrições eram comuns (Figo suplementar. 12). Estas transcrições conservadas provavelmente realizam funções que são centrais para o funcionamento do sistema de tubos sieve na maioria dos cucurbit e possivelmente espécies adicionais.

a regulação do desenvolvimento e qualidade dos frutos de melancia

o desenvolvimento dos frutos de melancia é um processo complexo que envolve grandes mudanças de tamanho, cor, textura, teor de açúcar e componentes nutricionais. Para obter uma caracterização dos genes envolvidos no desenvolvimento e qualidade de melancia a fruta, realizou-se a vertente específica do RNA-Seq44 de ambos a carne e a casca em quatro etapas cruciais do desenvolvimento de frutos da pura linha 97103 (Complementar Tabela 33). Identificamos 3,046 e 558 genes foram diferencialmente expressos em carne e a casca, respectivamente, durante o desenvolvimento de frutos e 5,352 genes foram diferencialmente expressos entre a carne e a casca em pelo menos uma das quatro fases (quadros Suplementares 34-36). VÁ prazo de enriquecimento análise indicou que, durante o desenvolvimento de frutos, tanto a carne e a casca, processos biológicos, tais como a parede celular biogênese, icariin metabolismo e defesa, as respostas foram significativamente alteradas (false discovery taxas (FDR) < 0.01), enquanto que carotenóide, hexose e monossacarídeo processos metabólicos só foram significativamente alterados na carne, apoiar os principais diferenças fisiológicas, incluindo o conteúdo de açúcar e frutas de cor, entre a carne e a casca (Quadro Suplementar 37).O teor de açúcar é um factor-chave para a determinação da qualidade dos frutos de melancia. A doçura de uma melancia é determinada pelo teor total de açúcar e pelas relações entre os principais açúcares acumulados: glicose, frutose e sucrose45. Em jovens 97103 frutas carne, a frutose e a glicose são os açúcares predominantes, enquanto que no maduro 97103 frutas carne, tanto a sacarose e açúcares totais de conteúdo aumentam substancialmente, com a sacarose, em seguida, tornar-se dominante, o açúcar, a casca, o açúcar, o conteúdo permanece relativamente baixos (Quadro Suplementar 38). A acumulação final de açúcar nos frutos de melancia é determinada pela descarga de açúcar do filão, seguida de absorção e metabolismo na polpa dos frutos. O genoma da melancia anotado contém um total de 62 genes das enzimas metabólicas do açúcar e 76 genes do transportador de açúcar, entre os quais 13 genes metabólicos do açúcar e 14 genes do transportador de açúcar foram expressos diferentemente durante o desenvolvimento da carne e entre a carne e os tecidos do courato (tabelas suplementares 39 e 40). Com base nestes resultados e em trabalhos anteriores publicados de outras especias46, 47, propomos um modelo para o metabolismo do açúcar nas células de polpa de frutos de melancia (Figo suplementar. 13). Especificamente, durante o desenvolvimento da polpa de melancia, α-galactosidase, ácido insolúvel invertase, invertase neutra, fosfato de sacarose sintase, UDP-glucose 4-epimerase, ácido solúvel invertase e UDP-galactose/glucose funções pirofosforilase como principais enzimas envolvidas na regulação da descarga de açúcar e do metabolismo. Além disso, os 14 transportadores de açúcar expressos de forma diferente são provavelmente responsáveis pela separação do açúcar (Nota complementar).

os factores de transcrição também têm um papel na acumulação de açúcar 48. Do 1,448 suposto fator de transcrição de genes identificados na melancia genoma, 193 mostraram significativas mudanças de expressão (FDR < 0,01) durante a carne de desenvolvimento e também na carne comparado com casca em fases posteriores, incluindo os fatores de transcrição da família conhecido por estar envolvido na regulação do acúmulo de açúcar (Nota Complementar e Suplementar Tabelas 41 e 42). Vale ressaltar que um gene Bzip, Cla014572, é reduzido durante o desenvolvimento da carne e contém a estrutura de leitura aberta a montante controlada com sacarose (SC-uORF) (Nota suplementar e Figo suplementar. 14). Foi recentemente relatado que as plantas transgénicas que exprimem constitucionalmente o tabaco SC-uORF contendo o gene bzip tbz17, mas sem o seu SC-uORF, tinham aumentado as concentrações de açúcar 49. Portanto, nossa análise é consistente com um papel para o Cla014572 como um regulador chave da acumulação de açúcar durante o desenvolvimento de frutas.

genes de caixa MADS, tais como MADS-RIN (também conhecido como LeMADS-RIN)50 e TAGL1 (ref. 51) no tomate, foram relatados para regular os processos de expansão e amadurecimento dos frutos. Análise filogenética de melancia, pepino e Arabidopsis MADS-box factores de transcrição, juntamente com MADS-RIN e TAGL1, identificaram dois factores de transcrição MADS-box de melancia em cada um dos clados RIN e AGL1 (Nota suplementar e Figo suplementar. 15). Estes quatro genes (Cla000691 e Cla010815 no clado de RIN e Cla009725 e Cla019630 no clado AGL1) estão entre os factores de transcrição MADS-box mais expressados durante o desenvolvimento da fruta (quadro suplementar 43). Notavelmente, ao contrário de MADS-RIN, que é altamente expresso apenas em frutas Mads-Rin Mads, ambos Cla000691 e Cla010815 são altamente expressos ao longo do desenvolvimento de frutas, indicando que eles poderiam ter evoluído para participar em outras funções, além de amadurecer. É digno de nota a este respeito que os homólogos de banana e morango próximos de MADS-RIN também mostram expressão e/ou atividades funcionais que se estendem para além do fruto amadurecedor52,53. Os perfis de expressão de Cla009725 e Cla019630 durante o desenvolvimento da fruta são semelhantes aos do TAGL1, que são consistentes com os seus potenciais papéis na regulação da expansão e amadurecimento da fruta51.

citrulina é um aminoácido não essencial produzido a partir da glutamina e tem vários benefícios para a saúde e desempenho atlético. Seu nome é derivado de citrullus, a palavra latina para melancia, a partir da qual foi primeiramente isolada54. A polpa e a casca de melancia servem como fonte natural de citrulina, e a sua abundância aumenta substancialmente durante a maturação dos frutos, mas depois diminui à medida que os frutos se tornam demasiado maduros (Figo suplementar. 16). Com base na nossa anotação do genoma da melancia, identificámos 14 genes na via metabólica citrulina (Fig. suplementar. 17). Em comparação com a via metabólica da citrulina Arabidopsis, esta via na melancia sofreu uma expansão nas famílias de arginosuccinase e arginosuccinato sintase. Ambos estão envolvidos na conversão de citrulina para L-arginina. Encontrámos uma arginosuccinase e dois genes de arginosuccinato sintase a serem altamente desregulados durante o desenvolvimento da carne de melancia (tabela suplementar 44). Assim, a acumulação de citrulina na polpa do fruto em maturação é provavelmente o resultado da diminuição das actividades de degradação da citrulina.