哈密瓜成熟的關鍵基因

方形的哈密瓜。圖片取自維基百科。

大家應該都曾經發現，有些水果（如香蕉）只要一個成熟，很快一下子全部都成熟了？我曾經過有人抱怨，這樣很麻煩，因為整串香蕉一下子全部成熟，都來不及吃就開始長黑點了，「很討厭」！

像這類的水果，之所以會讓我們「吃都來不及吃」，是因為它們在成熟的時候，會釋放乙烯（ethylene, C₂H₄），其他還沒成熟的水果感應到乙烯之後，就會快速成熟。而且，感應到乙烯的水果，還會合成更多乙烯。這樣構成了一個正向回饋循環。

具備有這樣的生理機制的果實，被稱做「更年性」果實（climacteric fruit） 。當然，也有對乙烯完全沒反應的果實（如鳳梨），這類的果實，就不用擔心一下子全部成熟都來不及吃了。

有趣的是，即使是同一種水果，不同品系之間在「更年性」這件事也會不一樣。例如所謂的「土」芭樂就有更年性，但是泰國芭樂則不具有更年性。同樣的，哈密瓜（Cucumis melo）也有更年性與非更年性的品系。

最近有個研究，他們在哈密瓜裡面發現了一個基因，叫做 CmERF024，這個基因在更年性哈密瓜的成熟過程中扮演著重要的角色。研究團隊透過對哈密瓜果實進行轉錄體分析，比較了更年性哈密瓜和非更年性哈密瓜在成熟過程中的基因表現差異。他們發現，在更年性哈密瓜成熟過程中，CmERF024基因的表現量顯著上升。

分析發現，CmERF024 是一個一個轉錄因子（transcription factor），它就像一個開關，在哈密瓜要開始成熟時啟動，接著影響一系列的反應，其中一個重要的反應就是產生乙烯。

轉錄體分析顯示，在更年性哈密瓜成熟過程中，轉錄基因組成發生顯著變化，同時染色質可及性區域（指染色體能夠被轉錄的區域）也發生變化。這意味著，染色質可及性的變化可能與 CmERF024 的調控作用有關，並影響了果實成熟過程中基因的表現。

研究團隊發現，CmERF024 的表現模式與哈密瓜的成熟行為相關。在具有更強更年性的品系中，CmERF024 在果實發育早期表現得更多。

有意思的是，當他們使用CRISPR技術把這個基因從哈密瓜中刪除後，哈密瓜就不會產生乙烯，成熟也會變慢。接著，研究團隊利用染色質免疫沉澱（ChIP）分析發現，CmERF024蛋白質可以與乙烯合成相關基因的啟動子區域結合，從而調控這些基因的表達。

總而言之，CmERF024 這個新發現的轉錄因子，在哈密瓜果實成熟過程中扮演著關鍵角色。它可能透過影響染色質可及性和基因表現來調控果實成熟的啟動和進程。此外，CmERF024 的表現模式與哈密瓜的更年性成熟行為密切相關。透過這個研究，我們對哈密瓜果實成熟的調控機制有了更進一步的了解，未來我們可能可以透過控制這個基因的表現，來開發新的哈密瓜品系。

參考文獻：

Santo Domingo, M., Orduña, L., Navarro, D., Mayobre, C., Santiago, A., Valverde, L., Alexiou, K.G., Matus, J.T., Pujol, M. and Garcia-Mas, J. (2024), The ethylene-responsive transcription factor ERF024 is a novel regulator of climacteric fruit ripening in melon. Plant J. https://doi.org/10.1111/tpj.16889