UV-B调控桃果实萜类途径香气物质的机制研究
发布时间：2020-08-09 19:58
【摘要】：光是影响植物生长发育的重要环境因子,由于臭氧层的破坏,有关紫外线UV-B(280-315 nm波长)的研究正受到越来越多关注。目前,关于UV-B对果实香气物质调控效果的研究较少。萜类物质是种类最为丰富的次生代谢产物,既能参与植物的防御反应,也是重要的香气成分。本文以桃果实为材,开展UV-B对于萜类途径香气物质的调控机制研究。主要结果如下:1、UV-B照射显著改变了桃果实香气物质含量。研究发现UV-B处理48h后桃果实芳樟醇(linalool)含量降低60%,C-13降异戊二烯类的β-紫罗兰酮(β-ionone)也显著减少,而属于倍半萜的α-法尼烯((E,E)-α-farnesene)含量则提高3倍。上述发现在不同强度和不同时间UV-B处理,不同品种、不同成熟度桃果实的多个年度研究中得到了重复。2、桃的PpTPS1和PpTPS3参与了芳樟醇合成。转录组测序显示UV-B照射后桃果实的PpTPS1与PpTPS3转录本含量分别被抑制了 86%与53%。萜类合成酶(TPS)进化树分析表明PpTPS1和PpTPS3属于TPS-g亚家族,前者定位在叶绿体,后者主要在细胞质。基于体外大肠杆菌Escherichia coli(E.coli)表达的重组蛋白活性检测显示PpTPS1和PpTPS3均可利用GPP为底物,催化形成芳樟酵;基于烟草与桃果实的瞬时表达结果表明PpTPS1和PpTPS3参与了桃果实中芳樟醇的生物合成。结合TPS基因家族成员的表达模式及芳樟醇含量的变化关系,表明PpTPS1和PpTPS3在桃果实发育成熟过程中协同调控了芳樟醇合成。3、桃的PpTPS2参与了α-法尼烯合成。UV-B照射后PpTPS2表达水平显著增加约80倍。研究显示PpTPS2属于TPS-b亚家族成员,定位在细胞质。在E.coli过量表达获得的重组蛋白PpTPS2可利用FPP为底物,催化形成产物α-法尼烯。在桃果实中同源瞬时表达办PpTS2显著促进了 α-法尼烯生物合成。通过比较分析桃不同器官的基因表达和物质含量,发现UV-B也可通过诱导PpTPS2表达促进叶片中α-法尼烯的大量积累。4、桃的PpCCD4参与了β-紫罗兰酮合成。UV-B照射48 h后PpCCD4的转录本含量下降了 70%,与β-紫罗兰酮变化趋势一致。体外重组蛋白结果显示,PpCCD4可以催化β-胡萝卜素(β-Carotene)形成β-紫罗兰酮。进一步研究发现PpCCD4转录本含量与β-紫罗兰酮含量在果实成熟衰老过程中均表现为增加的趋势。5、套袋处理通过改变UV-B透过率影响桃果实香气物质积累。通过比较白色和黑色无纺布果袋对于光质的影响,发现前者具有更高的UV-B透光率。白色果袋处理后PpTP表达水平显著低于黑色果袋处理的果实,伴随有含量显著降低的香气物质芳樟醇。感官评价结果表明,黑色无纺布套袋处理的桃果实具有更加浓郁的香气品质,整体风味也更受消费者喜欢。进一步比较了UV-A、UV-B、UV-C、UV-420、可见光以及UV-A/B/C组合等光照处理的效果,发现UV-B特异性显著抑制了桃果实芳樟醇的合成。上述结果显示通过套袋技术改变UV-B透光率可调控芳樟醇等香气物质含量,进而影响桃果实风味品质。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S662.1
【图文】：
萜类途径挥发性物质是植物种类最为丰富的次生代谢产物，逡逑在生长发育过程中具有重要作用。依据物质结构，萜类途径的挥发性物质大致逡逑可以分为单萜（Ｃ１０）、倍半萜（Ｃ１５）和Ｃ１３降异戊二烯（图１．１）。单萜和逡逑Ｃ１３降异戊二烯类主要在质体中通过甲基赤藓醇磷酸（ＭＥＰ）途径合成，其前逡逑体物质分别是栊牛儿基二磷酸（ＧＰＰ）和类胡萝卜素。倍半棝在细胞质中通过逡逑甲羟戊酸（ＭＶＡ）途径合成，其前体物质主要是法呢基二磷酸（ＦＰＰ）。逡逑最小单元的萜类物质是仅含有Ｃ５结构的半萜，以异戊二烯为重要代表。逡逑异戊二烯主要由异戍二烯合成酶催化形成，主要在光合作用活跃的Ｃ３植物叶逡逑绿体中积累。然而，该物质依赖于光合作用的产生机制并不明确，可能与高温逡逑有关（Ｈｉｄｅｇ等，２０１３）。全球植物异戊二烯的释放量大约有５００到７８０百万逡逑２逡逑
助于大豆柢抗根部的线虫危害（Ｌｉｎ等，２０１７）。逡逑类胡萝卜素是Ｃ４０结构的四萜的重要代表，可以作为前体物质参与Ｃ１３－逡逑降异戊二烯类挥发性物质合成（图１．２），比如ｐ－紫罗兰酮（ｐ－ｉｏｎｏｎｅ）。ｐ－逡逑紫罗兰酮的嗅闻阈值低（０．００７邋ｎｌＬ－１），是构成许多花及果实风味的重要物质逡逑（Ｖｏｇｅｌ等，２０１０），同时Ｃ１３－降异戊二烯类物质还有抗菌活性，参与了植物逡逑防御反应（Ｈａｖａｕｘ，２０１４）。逡逑Ｐ－Ｃ逡逑ｖＸ／逦ｐ？环柠探醛逡逑ｐ－ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌ逡逑图１．２邋Ｐ－胡萝卜素裂解产生Ｃ１３－降异戊二烯挥发性化合物逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃ－１３－ｎｏｒｉｓｏｐｒｅｎｏｉｄｓ邋ｃｌｅａｖａｇｅ邋ｆｒｏｍ邋ｐ－ｃａｒｏｔｅｎｅ逡逑１．３萜类途径挥发性物质生物合成逡逑１．３．１邋ＭＥＰ邋与邋ＭＶＡ邋途径逡逑植物体内的萜类虽然都是来自Ｃ５骨架的ＩＰＰ以及异构体ＤＭＡＰＰ，但它逡逑们却是通过相互独立的两条代谢路径合成。比如半萜类、单萜类、双萜类以及逡逑多萜主要通过质体中的ＭＥＰ途径合成，而倍半萜和三萜主要通过细胞质中的逡逑ＭＶＡ途径合成（Ｅｎｆｉｓｓｉ等，２００５）。ＩＰＰ与ＤＭＡＰＰ在质体与细胞质中可以存逡逑在一定的交换功能，因此两条路径可能存在一定的交叉，但具体机制并不确定。逡逑ＤＸＳ在ＭＥＰ途径中合成ＩＰＰ的第一个酶
并阐明其在桃果实成熟过程中的分子调控机制。最后，结合田间生产中的套袋逡逑处理，阐明套袋通过改变ＵＶ－Ｂ透过率影响桃果实香气物质的分子机制。研究逡逑方案和技术路线如图１．２所示。逡逑逦１邋？不同品种逡逑桃果实？
本文编号：2787486
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S662.1
【图文】：
萜类途径挥发性物质是植物种类最为丰富的次生代谢产物，逡逑在生长发育过程中具有重要作用。依据物质结构，萜类途径的挥发性物质大致逡逑可以分为单萜（Ｃ１０）、倍半萜（Ｃ１５）和Ｃ１３降异戊二烯（图１．１）。单萜和逡逑Ｃ１３降异戊二烯类主要在质体中通过甲基赤藓醇磷酸（ＭＥＰ）途径合成，其前逡逑体物质分别是栊牛儿基二磷酸（ＧＰＰ）和类胡萝卜素。倍半棝在细胞质中通过逡逑甲羟戊酸（ＭＶＡ）途径合成，其前体物质主要是法呢基二磷酸（ＦＰＰ）。逡逑最小单元的萜类物质是仅含有Ｃ５结构的半萜，以异戊二烯为重要代表。逡逑异戊二烯主要由异戍二烯合成酶催化形成，主要在光合作用活跃的Ｃ３植物叶逡逑绿体中积累。然而，该物质依赖于光合作用的产生机制并不明确，可能与高温逡逑有关（Ｈｉｄｅｇ等，２０１３）。全球植物异戊二烯的释放量大约有５００到７８０百万逡逑２逡逑
助于大豆柢抗根部的线虫危害（Ｌｉｎ等，２０１７）。逡逑类胡萝卜素是Ｃ４０结构的四萜的重要代表，可以作为前体物质参与Ｃ１３－逡逑降异戊二烯类挥发性物质合成（图１．２），比如ｐ－紫罗兰酮（ｐ－ｉｏｎｏｎｅ）。ｐ－逡逑紫罗兰酮的嗅闻阈值低（０．００７邋ｎｌＬ－１），是构成许多花及果实风味的重要物质逡逑（Ｖｏｇｅｌ等，２０１０），同时Ｃ１３－降异戊二烯类物质还有抗菌活性，参与了植物逡逑防御反应（Ｈａｖａｕｘ，２０１４）。逡逑Ｐ－Ｃ逡逑ｖＸ／逦ｐ？环柠探醛逡逑ｐ－ｃｙｃｌｏｃｉｔｒａｌ逡逑图１．２邋Ｐ－胡萝卜素裂解产生Ｃ１３－降异戊二烯挥发性化合物逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｃ－１３－ｎｏｒｉｓｏｐｒｅｎｏｉｄｓ邋ｃｌｅａｖａｇｅ邋ｆｒｏｍ邋ｐ－ｃａｒｏｔｅｎｅ逡逑１．３萜类途径挥发性物质生物合成逡逑１．３．１邋ＭＥＰ邋与邋ＭＶＡ邋途径逡逑植物体内的萜类虽然都是来自Ｃ５骨架的ＩＰＰ以及异构体ＤＭＡＰＰ，但它逡逑们却是通过相互独立的两条代谢路径合成。比如半萜类、单萜类、双萜类以及逡逑多萜主要通过质体中的ＭＥＰ途径合成，而倍半萜和三萜主要通过细胞质中的逡逑ＭＶＡ途径合成（Ｅｎｆｉｓｓｉ等，２００５）。ＩＰＰ与ＤＭＡＰＰ在质体与细胞质中可以存逡逑在一定的交换功能，因此两条路径可能存在一定的交叉，但具体机制并不确定。逡逑ＤＸＳ在ＭＥＰ途径中合成ＩＰＰ的第一个酶
并阐明其在桃果实成熟过程中的分子调控机制。最后，结合田间生产中的套袋逡逑处理，阐明套袋通过改变ＵＶ－Ｂ透过率影响桃果实香气物质的分子机制。研究逡逑方案和技术路线如图１．２所示。逡逑逦１邋？不同品种逡逑桃果实？
本文编号：2787486
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