Vegetable Res | 东北农业大学园艺园林学院基于类胡萝卜和叶绿素代谢组与转录组联合分析探究印度南瓜果皮颜色形成机制

2026年1月，Vegetable Research 在线发表了东北农业大学园艺园林学院题为Combined analysis of carotenoid and chlorophyll metabolite and the transcriptome to analyze the peel color formation mechanism in pumpkin (Cucurbita maxima ）的研究论文，该研究通过代谢组与转录组联合分析，系统揭示了红色和灰色南瓜果皮颜色形成的分子调控机制。

研究团队以印度南瓜红色果皮自交系‘2013-12’与灰色果皮自交系‘9-6’为试验材料，分别于授粉后0、15、30 d采集果皮样品，开展色素含量测定、类胡萝卜素代谢物分析及转录组测序。结果表明，‘2013-12’果皮由幼果期黄色转为成熟期的红色，主要源于类胡萝卜素（尤其是玉米黄质）含量及其比例的显著增加；而‘9-6’果皮颜色的形成与叶绿素总量的持续增加密切相关。此外，2013-12’中叶绿素合成途径在粪卟啉原III至原卟啉IX步骤受阻，导致其叶绿素含量极低。

转录组分析共鉴定出21,395个差异表达基因。在‘2013-12’中，类胡萝卜素合成途径基因CmaPSY1、CmaBCH2、CmaVDE 等显著上调表达，促进了玉米黄质等色素的积累；而在‘9-6’中，叶绿素合成关键基因CmaCHLH 高水平表达，同时叶绿素降解途径相关基因低水平表达，共同导致叶绿素的大量积累。

通过WGCNA共表达网络分析，构建了果皮颜色形成的调控模型（图1），在‘2013-12’中，关键转录因子基因PIF3、APRR2、HY5、ERF4 与结构基因PSY1、BCH2、VDE 协同表达，共同调控类胡萝卜素（尤其是玉米黄质）的积累及叶绿素的降解；而在‘9-6’中，bHLH、ERF、MYB等转录因子与CHLH、NOL、PAO 等结构基因的表达模式则促进了叶绿素的积累。在‘2013-12’果实发育过程中，类胡萝卜素LCYB分支产物（尤其是玉米黄质）比例的增加，主导了果皮由黄色转为红色的着色过程。

该研究在南瓜中构建了色素代谢与转录调控的整合网络，揭示了红皮和灰皮南瓜果色形成的分子基础，为南瓜果皮颜色定向育种提供了重要的理论依据和基因资源，对改善南瓜果实外观品质、提升商品价值具有重要意义。

图1 南瓜果皮中类胡萝卜素和叶绿素合成与分解途径模型

(a) 成熟时期红果皮和绿果皮的形成途径模型；(b) 幼果期黄色果皮和成熟期红色果皮形成途径模型。

红色字体代表转录因子，黑色字体代表结构基因。红色三角形和绿色三角形分别代表南瓜果皮的颜色从深到浅的层次。

本文通讯作者为东北农业大学屈淑平教授、王云莉副教授，东北农业大学博士生罗玉松为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金（32272723）、黑龙江省重点研发计划（GA23B007）的支持。