立夏將至，清涼解暑的西瓜早已被擺上貨架。但由于其果皮的耐裂性與果肉品質緊密連鎖，導致“耐裂品種不優質，優質品種不耐裂”的現象，時常影響吃瓜群眾大快朵頤。
果實開裂是自然界中的常見現象，“瓜熟蒂落”有助于種子的傳播和植物的繁衍。但從產業上來講，田間和采后的果實開裂，卻會降低經濟效益和消費價值。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。
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。
西瓜皮耐裂程度有了評價指標
西瓜從唐代經古絲綢之路進入中國，已歷經自然選擇和人工培育，但卻一直沒有很好的體系來評價西瓜皮的耐裂性。傳統的育種家采用感官評價，通常將西瓜捏一把或者用刀切，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。”張明方解釋道，準確量化耐裂性狀、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。
張明方介紹說，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。科研人員在對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。
用葉片DNA可測出西瓜“血型”
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。
課題組成員、浙大農業與生物技術學院胡仲遠副教授表示，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，都是得益于團隊創新的表型評價體系和基因挖掘方法。
據介紹，在自然界的不同西瓜種質的10號染色體上，存在兩種類型的等位基因ERF4-a和ERF4-b，與本實驗的耐裂親本擁有相同的ERF4-a基因的西瓜基本都耐裂;而具有ERF4-b基因的則表現為容易開裂;兼而有之的雜合類型，則表現為果皮堅硬，果肉較松脆。張明方用“血型”給這些西瓜樣本打了個比方，耐裂的如果是A型，那么就可以把不耐裂的比成B型，兼而有之的則是AB型。
對準靶標得到育種“兩全法”
功能基因的分子標記為西瓜育種篩選帶來了新的可能。
“在之前如果需要篩選品種，需要大量的人力物力栽培巨大的種群進行大量的普查式的性狀研究，而有了分子靶標，就可以先對各類品種資源進行苗期篩選，再選擇帶有目標基因的少量個體進行田間種植。”張明方說。
“比如耐裂優質西瓜的選育，我們不再需要在每個世代開展耐裂性選擇，只需選擇出A或AB血型的材料再開展田間種植，再從中選育果肉品質佳又較耐裂的個體繁育后代。”胡仲遠解釋道，這樣不僅可以減少每季的種植量，而且不用擔心耐裂基因在育種過程中“丟失”，獲得目標品種的時間也將大大縮短。“將自然界已有的優質基因篩選出來，進而開發相關分子標記，可以大大提高育種的精度和速度。
不斷發掘抗逆、抗病、優質等相關功能基因，并利用分子標記輔助育種技術，將各種有益性狀高效地集合到的育種材料中，選育出田間-物流-餐桌“三全其美”的西瓜新品種，成為了張明方團隊西瓜精準育種的新方向。上述研究成果近日已發表于國際知名植物學術期刊《植物生物技術雜志》。(江耘)
、
