薄皮甜瓜 (Cucumis melo var. makuwa Maki) 是一种重要的经济作物，在我国东北和华北广泛种植，其因果实甘甜、香气浓郁和独特质地而深受消费者喜爱。设施栽培是目前薄皮甜瓜生产的主要方式，其周年生产的关键障碍之一是低温弱光逆境引起的果实品质下降。为解决该问题，沈阳农业大学齐红岩教授带领团队长期从事设施甜瓜抗逆提质增效的创新研究工作。
近日，齐红岩教授团队在薄皮甜瓜果实主要品质形成与调控机制方面取得重要进展，揭示了影响甜瓜果实质地软化的关键基因、光信号调控果实香气合成及蔗糖积累的关键通路，为甜瓜果实品质改良及栽培技术调控提供了重要理论依据，研究成果在国际高水平期刊相继发表。
1. 破解甜瓜果实质地差异之谜：关键基因调控HG甲酯化与果实软化
质地是评价甜瓜果实品质的重要性状，其不仅决定果实口感，同时作为商品属性影响运输、贮藏和货架期。同型半乳糖醛酸聚糖（Homogalacturonan，HG）是甜瓜果实中含量最丰富的果胶多糖（60%-65%），其甲酯化程度决定了其理化性质与降解。然而，HG甲酯化修饰途径的果胶甲基转移酶（Pectin methyltransferases，PMTs）在影响甜瓜果实质地特性中的功能尚不明确。
2025年9月17日，齐红岩教授团队在中科院一区TOP期刊Horticulture Research发表了题为CmbZIP11 regulates CmPMT1/15 affecting homogalacturonan methyl-esterification and fruit softening in melon的研究论文。该研究成功锁定了参与甜瓜果实HG甲酯化修饰的关键基因CmPMT1与CmPMT15。研究发现，这两个蛋白的Methyltransf_29功能结构域分别存在一个1748Å和2102Å的“掌心状”口袋结构，该结构在HG的甲基转移与装配中发挥催化作用。当过表达CmPMT1与CmPMT15时，果肉组织中HG-Ca2+交联的‘Egg-box’凝胶结构丰度显著减少，HG更易于被降解，果实硬度显著降低。与之相反，在较低的CmPMT1和CmPMT15表达水平下，合成的低甲酯化HG D-GalA的C-6位羧基暴露的阴离子更多的与Ca2+交联形成‘Egg-box’凝胶结构，CmPMEs、CmPLs和CmPGs难以进入将其降解，果实不易于软化。转录因子CmbZIP11正是通过直接激活CmPMT1，间接调控CmPMT15的双重作用，成为这一调控通路的关键开关（图1）。
图1 CmbZIP11调控CmPMT1 和CmPMT15 介导HG甲酯化影响甜瓜果实软化
2. 光信号精准调控：甜瓜果实香气品质提升新突破
香气是薄皮甜瓜重要的品质性状之一，影响消费者的购买喜好。秋冬季设施内光照不足，易引起薄皮甜瓜果实香气品质下降。近年来，LED 补光已成为设施甜瓜抗逆提质栽培关键技术之一，但光信号调控薄皮甜瓜果实香气物质形成的作用机制尚不清晰。
2025年10月21日，齐红岩教授团队在中科院一区TOP期刊Plant Physiology上在线发表题为“The CmPIF8-CmDof13-mediated lipoxygenase pathway modulates red light-induced ester biosynthesis in oriental melon”的研究论文。该研究发现，补充红光可以激活CmDof13转录因子，正调控甜瓜果实香气合成关键基因CmLOX18和CmAAT1的表达。CmPIF8 转录因子作为光信号负调控因子可与CmDof13形成蛋白复合体，但红光能抑制CmPIF8表达，削弱其对CmDof13的绑定作用，从而促进甜瓜果实香气物质积累（图2）。该研究通过补充红光精准调控CmPIF8-CmDof13-LOX路径，为设施薄皮甜瓜栽培中应用LED补光提质和果实品质改良提供了重要参考。
图2 红光诱导CmPIF8-CmDof13介导LOX途径调控甜瓜酯类物质合成
3. 甜蜜的奥秘：红光促进甜瓜果实蔗糖积累新秘钥
秋冬季设施内光照不足也是引起薄皮甜瓜果实糖分降低的重要原因，LED补光是实现果实糖分提升的关键技术之一，但光信号调控薄皮甜瓜果实蔗糖积累的分子机制尚不明晰。
2025年11月26日，齐红岩教授团队在中科院一区TOP期刊Journal of Integrative Plant Biology在线发表了题为 “CmHY5 and CmWRKY28 regulate sucrose accumulation in oriental melon under supplemental red light” 的研究论文，成功破解了甜瓜补充红光的“增甜密码”。研究表明，在甜瓜坐果后补充红光可显著提高果实蔗糖含量，并显著上调蔗糖转运与代谢关键基因CmSUT2、CmSWEET10及CmSUS2的表达。通过分子实验，证实了红光诱导的CmWRKY28转录因子可直接结合上述基因启动子并激活其表达；同时，光信号转录因子CmHY5作为正调控因子，不仅直接靶向CmSUT2与CmWRKY28，并能与CmWRKY28形成蛋白复合体协同发挥作用（图3）。该研究首次系统解析了红光促进甜瓜果实蔗糖积累的转录调控路径，为弱光条件下补光提高果实糖分和品质改良提供了新参考。
图3 红光介导CmHY5和CmWRKY28协同调控甜瓜果实蔗糖积累
齐红岩教授团队围绕薄皮甜瓜质地、香气、蔗糖积累三大核心品质性状展开系统性研究，成功解码了多项关键分子调控机制。明确了质地调控的关键基因与转录模块、香气合成及蔗糖积累的红光调控机制，为优质甜瓜的分子育种提供了关键基因靶点，为设施弱光条件下精准调控甜瓜果实品质提供重要理论依据，对推动甜瓜产业的高质量发展具有重要意义。未来，团队将进一步解析甜瓜品质形成与环境适应性的分子调控网络，助力培育更多风味佳、品质优的甜瓜新品种。
该研究得到国家自然科学基金区域发展联合基金、国家现代农业产业技术体系建设专项、辽宁省兴辽英才计划项目和辽宁省农业重大专项等项目的资助。（撰稿人：刘涛；审核人：刘志勇）
当前位置:
