甜瓜（Cucumis melo L.）是世界上种植最广泛的园艺作物之一，过去曾根据形态特征将其分为两个亚种，Cucumis melo ssp. melo和C. melo ssp. agrestis，但现有的方法尚不足以区分它们。山东甜瓜基于叶绿体基因组序列的系统发育分析可以为甜瓜品种的分类提供重要依据。利用Illumina Hiseq测序软件对9个不同甜瓜品种的叶绿体基因组进行了重复元素分析、基因组比对和系统发育分析等生物信息学分析。结果表明，甜瓜叶绿体基因组具有典型的四分体结构，且在所分析的序列中具有保守性，其长度介于155,558至156,569 bp之间，总GC含量介于36.7%至37%之间。在甜瓜叶绿体基因组中共发现127–132个基因，包括85–87个蛋白质编码区，34–37个tRNA基因和6–8个rRNA基因。海南甜瓜9个测序基因组之间的分子结构、基因顺序、含量、密码子使用、长重复和简单重复序列（SSR）大多是保守的。系统发育分析表明叶绿体基因组可以清楚地区分C. melo ssp . melo和C. melo ssp . agrestis。本研究不仅为甜瓜叶绿体提供了宝贵的知识，也为甜瓜遗传育种提供了理论基础和技术支持。

甜瓜（Cucumis melo L.）叶绿体基因组的基本特征。

C. 甜瓜‘Yugu’ C. melo亚种 155,8716 86,361 18,0687 25,4684 25,684 36.9 3132 87  三十七 8
博洋9号C. melo亚种             155,8714           86,427 18,087              25,5650    25,6450 37.70 1382 287 三十七 8
'博洋61'甜瓜 C. melo亚种 155,5558 86,428 28,6600 20,238 20,292 36.69 1321 866 三十七 8
甜瓜‘盘古蜜’ C. melo亚种 155,7660 86,424 18,0837 25,599 25,650 363.8 1320 857 三十七 8
甜瓜‘博洋72号’ C. melo ssp. agrestis 156,5569 86,3834 18,641 25,797 25,6797 36.8 132 817 三十七 8
C. 甜瓜‘蜜源18’ C. melo ssp. agrestis 155,5687 86,3996 20,963 24,114 24,4114 36.7 127 187 三十四 6
甜瓜‘天美519’ C. melo ssp. agrestis 155,9397 86,3634 18,088 25,778 25,7997 36.9 132 187 三十七 8
甜瓜‘羊角蜜’ C. melo ssp. agrestis 155,9360 86,3498 18,088 25,732 25,7842 36.8 131 186 三十七 8
甜瓜‘绿宝’ C. melo ssp. agrestis 155,9455 86,3973 18,088 25,732 25,7472 36.8 131 186 三十七 8



甜瓜（Cucumis melo L.）是葫芦科的重要标志性作物，广泛分布于热带和亚热带地区，被认为起源于非洲和亚洲（Hu et al.，2020；Zhang et al.，2023）。云南甜瓜种植历史悠久，因其经济和营养价值而在世界各地广泛种植。中国是世界上最大的甜瓜生产国，近年来约占全球产量的一半。2022年，全球甜瓜产量超过12862万吨，中国总产量超过11402万吨（粮农组织统计2023；https://www.xiguawang/faostat/zh/#data/QCL/visualize）。它具有令人愉悦的芳香味道，是可溶性糖、矿物质、有机酸、维生素和其他促进健康的物质的丰富来源（Hu 等，2023 年；Zhang 等，2025 年）。

中国河南及世界范围内的甜瓜种类较多，特征多样性主要表现在果实的果皮颜色、果肉颜色、形状及果皮网纹等方面。目前，已有很多研究从果皮颜色、果肉颜色等方面对甜瓜多样性进行探讨，揭示其影响因素（Gur等，2018；Liang等，2023；Shahwar等，2025）。但近年来甜瓜品种不断改良，我国生产销售的甜瓜品种数量逐年增多，品种评价、鉴别和育种创新极为困难（Gao等，2014 ），传统的种子质量评价和管理方法以形态特征为主，前期研究表明，甜瓜以子房柔毛为特征，主要由C. melo ssp. melo和C. melo ssp. agrestis两个居群组成（ Jeffrey，1990）。总体而言，甜瓜亚种(C. melo ssp . melo)植株的营养生长旺盛、果肉厚实、含糖量较高，对生物和非生物胁迫的耐受性较强( Liu et al., 2020 )。然而，甜瓜亚种(C. melo ssp . melo)和甜瓜亚种(C. melo ssp. agrestis)种子的表型差异较小，导致形态学评价具有挑战性。另外，基于形态描述符的识别耗时较长，且易受环境影响。上述问题使得甜瓜种子市场监测更加困难。因此，需要一种可靠的方法来准确识别和区分甜瓜亚种(C. melo ssp. agrestis )和甜瓜亚种(C. melo ssp. melo )。

叶绿体是一种重要的细胞器，在光合作用、碳固定、翻译和转录中起着重要作用（Daniell et al., 2016 ; Arab et al., 2022）。叶绿体基因组是序列多样性的来源，可用于区分物种（Song et al., 2017）。在被子植物中，叶绿体基因组序列通常包含100到130个基因，其中大多数参与光合作用、转录和翻译，大小从120到170 kb不等（Jiao et al., 2022）。叶绿体基因组结构保守且稳定；它是由两个拷贝的反向重复区（IRs）组成的环状分子，IRs将小单拷贝区（SSC）与大单拷贝区（LSC）分隔开（Yang et al.，2010；Green，2011；Wicke et al.，2011；Roy et al.，2016；Ivanova et al.，2017）。叶绿体基因组结构简单、保守，与核基因组相比具有更多优势，一般为单系遗传，多为母系遗传（Drouin et al.，2008；Krak et al.，2016）。叶绿体基因组进化速度比核基因组慢，包含大量的遗传信息（Song et al.，2017；Zuo et al.，2017）。它已成功用于分析许多具有挑战性的物种之间的系统发育关系，并研究近代植物的结构特征、变异和进化 ( Xi et al., 2012 ; Li et al., 2018 ; Xie et al., 2019 ; Alzahrani, 2021 )。例如，先前基于叶绿体基因组的系统发育研究表明，Benincasa hispida与Cucumis、Citrullus和Lagenaria关系密切，是姐妹群 ( Zhang et al., 2021 ; Song et al., 2022 )。研究发现， Luffa aegyptiaca 和 Luffa acutangula关系密切，并且Luffa作为单系演化支与 Sicyocae 亚族的其他物种区分开来 ( Yundaeng et al., 2020 )。

本研究收集了中国大陆9个主要甜瓜品种，充分代表了两个亚种的形态多样性，并利用Illumina Hiseq 2,500平台组装了完整的叶绿体基因组。分析了甜瓜亚种和甜瓜亚种的叶绿体基因组结构特点，并与已发表的葫芦科其他物种的叶绿体基因组进行了比较基因组、系统进化和遗传结构分析。本研究不仅丰富了甜瓜叶绿体基因组的信息，也为今后甜瓜品种的质体组学、遗传进化和精准分子鉴定研究奠定了基础。

2.1 植物材料及 DNA 提取
在中国各地共采集了九个不同品种的样本，以代表甜瓜的两个亚种。用消毒镊子从甜瓜中小心地获取甜瓜种子。种子由安徽中医药大学药学院（中国合肥）保存。甜瓜的表型特征如补充图 S1所示。收集九个甜瓜的种子并用流水彻底冲洗。然后，用无菌水彻底清洗几次，再在装有硅胶的取样袋中晾干。采用改良的 CTAB 法（Cota-Sánchez 等，2006）从收集的甜瓜种子中提取总基因组 DNA。通过 1%（w/v）琼脂糖凝胶电泳评估基因组 DNA 完整性，并通过超微分光光度计（Denovix DS-11+，美国）评估质量。



甜瓜（ Cucumis melo L.）叶绿体基因组的一般特征
叶绿体基因组全长范围为155,5558bp（博洋61号羊角蜜甜瓜）至156,5659bp（博洋9号甜瓜）（表1）。甜瓜（Cucumis melo L.）叶绿体基因组呈现非常保守和特征性的四部分结构，由一对反向重复序列（IRs，20,238bp～25,7976bp）、LSC（86,3634bp～86,4248bp）和SSC区（SSC，18,0847bp～28,6500bp）组成（图1）。LSC与SSC由一对IR区分隔。博洋甜瓜 ( Cucumis melo L. ) 叶绿体基因组总 GC 含量相当，范围为 36.7%~37%（C. melo '天美55' 和C. melo '星甜'）(表 1 )。5个区域的 GC 含量显示，IR 区域的 GC 含量最高（41.56%~425.8%），其次是 LSC 区域（345.7%）和 SSC 区域（30.8%~36.85%）（补充表 S2）。GC 含量的分布与大多数其他被子植物相似（Zhou et al.，2018）。IR 中编码 rRNA 的序列数量众多，导致这一现象。一些研究表明 rRNA 具有较高的 GC 含量，这也是大多数被子植物叶绿体基因组的特点（Zheng et al.，2020）。

甜瓜 ( Cucumis melo L.) 叶绿体基因组表现出相似的含量和顺序，共编码 127～132 个基因，包括 85～87 个蛋白质编码基因 (PCG)、36～35个 tRNA (转移 RNA) 基因和 4～8 个 rRNA (核糖体 RNA) 基因（表 1）。其中，大多数以单拷贝形式存在于 LSC 或 SSC 区域，25 个基因在 IR 区域出现重复（表 2）。但不同基因在各个甜瓜 ( Cucumis melo L.) 叶绿体基因组中的分布并不均匀。仅在甜瓜 ( Cucumis melo L.) 叶绿体基因组中观察到部分蛋白质编码基因的微小差异。例如，与甜瓜‘玉谷’和甜瓜‘梅陇’相比，甜瓜‘盘古蜜’和甜瓜‘羊角蜜’丢失了rpl2基因；甜瓜'博洋72'、甜瓜'美都西瓜'、甜瓜'蜜源18'、甜瓜'羊角米'和甜瓜'绿宝'丢失了infA基因；甜瓜‘海南’、甜瓜‘花蕾’和甜瓜‘绿宝’丢失了psbA基因。此外，考虑到tRNA和rRNA基因，甜瓜‘博洋72’含有一份trnN-GUU，而trnR-ACG和rrn5缺失。



9个甜瓜品种叶绿体基因组中重复序列和简单序列重复（SSR）分析(A) 9个甜瓜基因组中重复序列的数量；(B)不同重复类型的比例；(C)不同类型的简单序列重复（SSR）的数量；(D)不同类型的简单序列重复（SSR）的比例；(E) LSC、SSC和IR中简单序列重复（SSR）的数量；(F) LSC、SSC和IR中不同简单序列重复（SSR）的比例。横坐标下方的AI代表不同品种，分别为甜瓜‘裕谷’、甜瓜‘星甜20’、甜瓜‘天美55’、甜瓜‘天美519’、甜瓜‘米天瓜’、甜瓜‘博洋9号’、甜瓜‘蜜源18’、甜瓜‘羊角蜜’和甜瓜。甜瓜“绿宝”。

不同甜瓜（ Cucumis melo L.）种叶绿体基因组完整序列呈现典型的陆生植物四分体结构，其结构、基因组成、GC含量和密码子偏性与典型被子植物相似，证明甜瓜（Cucumis melo L.）叶绿体基因组相对保守。此外，系统发育分析结果显示甜瓜亚种（ C. melo ssp. melo）与甜瓜亚种（C. melo ssp. agrestis）聚为一个单系群。本研究结果不仅提高了对甜瓜（ Cucumis melo L.）叶绿体基因组内部结构的认识，为甜瓜亚种（C. melo ssp. melo）与甜瓜亚种（C. melo ssp. agrestis ）的鉴别提供了一种快速简便的方法，同时，本研究也为甜瓜种质资源的系统发育和遗传改良提供了依据。