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基于转录组测序剖析南瓜性别分化的分子密码

一、引言

1.1研究背景

南瓜（Cucurbitaspp.）作为葫芦科南瓜属一年生蔓生草本植物，在全球农业生产中占据重要地位，是我国重要的经济作物之一，广泛种植于南北方各地。南瓜的果实富含多种营养成分，如多糖、类胡萝卜素、矿物质等，这些营养成分赋予了南瓜诸多保健功能，如抗氧化、降血糖、增强免疫力等。除了果实可食用外，南瓜的种子、花、茎、叶等部位也具有一定的食用价值和药用价值，其还可被制作成工艺品，在市场上颇受欢迎。

南瓜的性别分化一直是南瓜栽培中的关键问题，其繁殖特点主要表现为雌雄异花同株，这意味着雌花和雄花分别生长在同一植株上。在南瓜的生长发育过程中，雌花的数量和出现的早晚直接影响着果实的产量。雌花数量多且出现早，能够为果实的形成提供更多的机会，从而增加南瓜的产量；反之，若雌花数量少或出现较晚，将导致南瓜产量降低。例如，在一些南瓜品种中，雌花比例较高的植株通常能够结出更多的果实，产量也相应提高。雌花和雄花在生理特性、营养分配等方面存在差异，这些差异会进一步影响南瓜果实的品质，如果实的大小、形状、口感、营养成分含量等。不同性别的南瓜植株在抗逆能力方面也有所不同，了解这些差异，有助于在实际生产中采取针对性的措施，提高南瓜的抗逆性，减少病虫害的发生，保障南瓜的产量和品质。

此外，随着市场对南瓜需求的不断增加，培育高产、优质的南瓜品种成为农业育种的重要目标。深入研究南瓜性别分化机制，对于培育强雌性状的南瓜品系具有重要意义。强雌性状的南瓜品系能够显著提高产量和杂交种的纯度，满足市场对南瓜的需求，为南瓜产业的发展提供有力支持。目前，虽然对于南瓜性别分化的研究已经取得了一些进展，但南瓜强雌性状的控制基因尚未有明确报告，相关调控机制仍不明确。因此，开展南瓜性别分化机制的研究具有重要的理论和实践意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在通过转录组及差异表达基因分析，深入探究南瓜性别分化的分子机制，明确不同性别南瓜植株在基因表达层面的差异，挖掘与南瓜性别分化相关的关键基因和调控通路。具体而言，通过高通量转录组测序技术，全面获取南瓜雄性与雌性植株在不同发育时期的基因表达谱，运用生物信息学方法，筛选出在性别分化过程中差异表达显著的基因，并对这些基因进行功能注释和富集分析，从而揭示南瓜性别分化的分子调控网络。

南瓜性别分化机制的研究对于南瓜育种工作具有重要的实践意义。通过明确南瓜性别分化的分子机制，能够为南瓜育种提供重要的理论依据，指导育种工作者更加精准地培育强雌性状的南瓜品系。强雌性状的南瓜品系雌花数量多，能够显著提高南瓜的产量，满足市场对南瓜日益增长的需求。强雌性状的南瓜品系还能提高杂交种的纯度，减少杂交过程中的人工去雄操作，降低生产成本，提高育种效率。这不仅有助于提升南瓜的经济效益，还能促进南瓜产业的可持续发展，为农民增收和农业产业结构调整做出贡献。

南瓜性别分化机制的研究还具有重要的理论意义。植物性别分化是植物发育生物学中的重要研究领域，南瓜作为一种典型的雌雄异花同株植物，是研究植物性别分化机制的理想材料。对南瓜性别分化机制的深入研究，有助于丰富和完善植物性别分化的理论体系，加深我们对植物生殖发育过程的理解。研究南瓜性别分化机制还可以为其他植物的性别分化研究提供参考和借鉴，推动植物发育生物学领域的发展，为解决其他植物在性别分化过程中遇到的问题提供新的思路和方法。

1.3国内外研究现状

植物性别分化是植物发育生物学领域的重要研究内容，对于理解植物的生殖过程和进化机制具有重要意义。南瓜作为雌雄异花同株植物，其性别分化受到遗传、激素、环境等多种因素的综合调控。国内外学者围绕南瓜性别分化展开了多方面的研究，旨在揭示其复杂的调控机制。

在遗传因素研究方面，国内外研究取得了一定的进展。东北农业大学的屈淑平教授团队通过正向遗传学手段，运用遗传分析、全基因组重测序和分子标记辅助验证等方法，成功定位并克隆了与南瓜强雌性状相关的重要功能基因CmaCPK4。研究发现，CmaCPK4基因的启动子区插入一个逆转录转座子，最终导致强雌表型的产生。这一发现为深入理解南瓜的性别决定机制提供了新的视角。进一步的研究表明，CmaCPK4与乙烯生物合成的关键酶CmaACS5和CmaACS7之间存在相互作用关系，通过磷酸化作用调控乙烯合成，从而影响南瓜的性别决定过程。这一成果不仅为南瓜的性别决定提供了全新的基因资源，也为南瓜育种提供了重要的理论依据和技术支持。

激素在南瓜性别分化过程中发挥着关键作用，乙烯被认为是影响南瓜性别分化的重要激素之一。有研究表明，增加乙烯的含量能够促进雌花的分化，而抑制乙烯的合成则会导致雄花增多。如在黄瓜中异源过表达南瓜的CmaCPK4基因，能够显著提高雌花比例，进一步验证了乙烯在性