西瓜上的花纹是怎样形成的？ 第1页

谢邀~

前面两位知友分别从不同的角度来谈这个问题。

从瓜皮颜色的遗传多样性入手。但是瓜皮的底色是从浅绿色到深绿色一个渐变过程，并不是质量性状。早期美国和日本的西瓜育种家找到了控制西瓜皮颜色和花纹三个重要基因g, m, p，但是后来这些种质资源并没有得到保存结果丢失了，遗传背景也无法考证了，因此这三个基因的功能和西瓜皮的颜色和花纹的关系仍然还有待鉴定。譬如控制瓜皮颜色的基因三等位基因模型：含有等位基因是深绿色瓜皮，含有等位基因则是浅绿色瓜皮 ，而含有等位基因则是带有条纹的瓜皮，然而条纹的宽度却无法确定，说明这个位点可能会受到遗传背景的影响[1]。因此想要研究西瓜皮的颜色和条纹的遗传机制甚至分子机制，还是得重新从资质资源中选取特异的亲本做QTL分析，克隆基因，然后才有可能深入到功能研究。

另外

则从另一个角度出发，由西瓜皮条纹和动物皮毛颜色的相似性联想到图灵机制。图灵机制是一种反应-扩散模型(Reaction-Diffusion)，两种化学物质的化学交互作用，在一定条件下可以产生稳定的空间模式。尽管图灵机制在动物的皮毛颜色和肢体发育中被证明是有效的，但是在植物中却还没有相关的报道，毕竟动物细胞可以迁移，而植物细胞由于细胞壁的存在而无法迁移，只能靠相邻细胞之间的相互作用，RD模型不一定适用于西瓜皮。不过倒是有另外一个模型，克隆镶嵌模型(Clonal Mosaic model)[2]，其原理是基于细胞分裂和细胞间的相互作用。在细胞分裂过程中，初始细胞的细胞壁与相邻细胞之间的接触面不同，从而产生各种类型的细胞，形成了特定的花纹。

瓜皮花纹有斑点，有条纹类型。而且条纹形态变异丰富，有连续的，有间断的，有窄的，有宽的，遗传机制可能不一样。因此当小朋友问西瓜皮的花纹形成原理时候，首先你得拿一个西瓜皮出来，跟他们描绘这些条纹到底是什么，由什么组成。譬如说我们最常见到的一种西瓜皮，浅绿色瓜皮上分布的像地球的经线一样深绿色的条纹，而且每根条纹形态都不一样。

如果放大了看，就会发现瓜皮上条纹在茎、花柄上已经存在，而且和维管束的分布重叠。每一根条纹的形态都不一样，在条纹的边缘有一圈深绿色网状结构的细胞，网状结构包裹的是一些介于深绿色和浅绿色背景的中间绿色的细胞，偶尔还有一些跟背景一样的浅绿色细胞。说明这些条纹是由三种类型的表皮细胞构成的复杂结构。

如果再放大一点看这些细胞的排列，这些条纹内的网状结构似乎是一些多边形结构，而且成对出现，说明这些细胞可能是通过某一个原始细胞通过多次有丝分裂形成的。深绿色的网状结构宽度大约30的细胞，内部的中间色区域的直径大约80个细胞。

这是Robert W. Korn根据克隆镶嵌模型用电脑模拟了一种叫做“Ruby red”品种的西瓜皮条纹形成的过程[3]。

1. 在西瓜发育早期，模拟茎秆维管束以及附近的原表皮细胞，还没有颜色分化。
   
2. 发育第一阶段，由维管束分泌的某种色素形成因子向维管束两侧扩散，形成形态发生区。
3. 第一阶段完成，在形态形成区域的细胞的细胞壁色素积累，形成深绿色的结构。
   
4. 发育第二阶段，带有深绿色细胞壁的细胞诱导相邻的细胞变成中间绿色的细胞。
5. 第二阶段完成，部分中间绿色细胞中间与深绿色细胞壁不相邻的细胞则表现为浅绿色。
6. 第三阶段，经过多次有丝分裂，中间绿色的细胞逐渐增多，而且带有深绿色细胞壁的细胞也开始分裂，形成完全深绿色的细胞。
7. 第四阶段，三种细胞各经历多次分裂，最终形成了三种颜色区域：深绿色细胞的网状结构，中间绿色细胞的多边形结构，以及中间的浅绿色的细胞。

尽管作者模拟的结果和实际观察的瓜皮的三种细胞的分布和数目有出入，但确实能够解释这种类型的西瓜皮的多边形结构。但是这个模型不一定适用于其他类型的西瓜皮花纹。

[1] Overview of the genes of watermelon. T.C. Wehner (2008)

[2] Clonal Mosaic Model for the synthesis of Mammalian Coat patterns. Marcelo Walter et al.(1998)

[3] Watermelon Stripes. A Case for the Clonal Mosaic Model in Plants. Journal of Theoretical Biology (2007)