光与激素调控不同色泽甜樱桃果实花色苷合成机理初探

发布时间：2020-08-18 07:11

【摘要】：花色苷含量影响甜樱桃(PrunusaviumL)果实外观品质。根据成熟时果实色泽,甜樱桃可分为红色和黄色品种,黄色品种向阳面产生红晕。光是影响花色苷合成最重要的环境因素之一,但其对不同色泽甜樱桃果实花色苷生物合成的影响及作用机制尚不清楚。为此,本研究以红色品种'红灯'和黄色品种'雷尼'为试材,利用套袋处理分析了光对两种甜樱桃果实着色的作用,并利用RNA-Seq分析了光调控甜樱桃果实着色的分子机制。此外,茉莉酸(JasmonicAcid,JA)是重要的植物激素之一,但其在甜樱桃果实着色中的作用尚不清楚,本研究以'红灯'为试材,初步分析了 JA信号在调控甜樱桃果实着色中的作用。主要结果如下:1.套袋处理发现,与正常光照果实相比,33个红色品种套袋果实的果皮和果肉均能正常着色;而11个黄色品种套袋果实的果皮仍为黄色。对'红灯'和'雷尼'套袋果实成熟过程中花色苷含量进行检测,发现花色苷含量的变化与表型变化一致。此外,'雷尼'套袋果实摘袋后,花色苷迅速合成。上述结果表明,黄色甜樱桃果实花色苷积累高度依赖于光,但红色品种中果实着色不依赖于光。2.对两个品种的套袋和正常光照果实进行转录组分析,发现光可以上调'雷尼'果实中花色苷合成结构基因(PacCHS、PacCHI、PacF3I、PacF3'H及PacUFGT)的表达水平;但不影响'红灯'果实中这些基因的转录水平。同时,'雷尼'果实中有32个上调和40个下调的差异表达转录因子;光信号通路中PIF3、HY5等转录因子,以及激素信号通路关键组分如PP2C等的表达水平在'雷尼'中受光调控。进一步的共表达网络分析结果表明脱落酸(Abscisic Acid,ABA)和赤霉素(Gibberellic Acid,GA)等信号在甜樱桃光依赖的果实着色中发挥重要作用。3.光与ABA交叉处理发现,无论是黑暗还是光照下,ABA均促进'红灯'果实着色;但黑暗条件下,其不能提高'雷尼'果实花色苷积累水平。上述结果表明光与ABA信号协同调控不同色泽甜樱桃果实着色的机制不同。4.茉莉酸甲酯(MethylJasmonate,MeJA)处理'红灯'果实可促进果实花色苷积累,并提高PacDFR、PacANS、PacUFGT和PacMYBA的转录水平。本研究获得了6个PacJAZs基因,蛋白序列分析其均具有1个TIFY结构域和1个Jas结构域;分属于不同的JAZ组。PacJAZs的转录水平随果实发育而逐渐降低;其中PacJAZ1、PacJAZ3、PacJAZ6、PacJAZ7 和 PacJAZ10均受 MeJA 诱导表达。综上所述,不同色泽甜樱桃果实中花色苷合成关键酶基因对光信号的响应不同。光是决定甜樱桃黄色品种花色苷合成的关键因素,但不影响红色品种着色。另外,光信号通路中的关键转录因子PacHY5和PacPIF3可能通过与ABA和GA信号转导途径关键组分相互作用,协同调控花色苷生物合成相关转录因子和结构基因的表达,从而促进甜樱桃光介导的花色苷积累。此外,JA可以通过提高花色苷合成结构基因和调节基因的表达水平而促进'红灯'果实的着色。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S662.5
【图文】：

花色苷,激素,合成模,并激

ＪＡ）是正调控激素［８２，９４］，而赤霉素（ＧｉｂｂｅｒｅｌｌｉｃＡｃｉｄ，ＧＡ）和生长素（Ａｕｘｉｎ）逡逑则抑制花色苷的合成？，９５？１。这些激素对花色苷合成的调控，主要是通过阻碍ＭＢＷ逡逑复合体的形成，从而抑制花色苷合成结构基因的表达来实现（图１－４）邋［５５］。如在拟南逡逑芥中ＪＡ信号通路中的关键负调控因子ＪＡＺ邋（Ｊａｓｍｏｎａｔｅ－ＺＩＭ－ＤｏｍａｉｎＰｒｏｔｅｉｎｓ）被发现逡逑在无ＪＡ条件下可以弓ＭＢＷ复合体中的ＭＹＢ和ｂＨＬＨ互作，从而阻止花色苷合成；逡逑在ＪＡ条件下，ＪＡＺ被降解，释放出ＭＹＢ和ｂＨＬＨ，使它们可以与ＷＤ４０形成复合逡逑体，激活下游花色苷合成结构基因的表达［９８］。苹果中也得到类似的研究结果［９４Ｌ此外，逡逑苹果中研究发现ＪＡ信号组分ＭｄＭＹＣ２可以通过三条途径调控响应ＪＡ介导的乙烯生逡逑物合成，分别是（１）直接结合到和ＭｃＭＣＯ；的启动子区启动其表达；（２）逡逑结合到嫉／￡＂兄Ｆ３邋（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ邋Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ邋Ｆａｃｔｏｒ）的启动子区启动其表达，而兄Ｆ３可逡逑以直接激活的转录；（３）与ＭｄＥＲＦ２互作，抑制其对Ｍｉ４ＧＳｉ的转录和逡逑ＭｄＥＲＦ３活性的抑制作用ｔ％。拟南芥中研究发现ＧＡ调节花色苷生物合成主要通过其逡逑信号通路中关键负调控因子ＤＥＬＬＡ蛋白：正常条件和存在ＧＡ时，ＤＥＬＬＡ被降解，逡逑９逡逑

结构域,途径,互作,光照条件

促进植物暗形态建成；而在光照条件下，ＰＨＹｓ被激活，与ＰＩＦｓ相互作用使其逡逑发生磷酸化反应，进而导致ＰＩＦｓ被２６Ｓ蛋白酶体所降解，而Ｃ０Ｐ１和ＳＰＡ则促进逡逑ＰＩＦｓ的蛋白质水平的稳定（图１－７）邋［１３５，１３６］。拟南芥中ＰＩＦｓ有８个成员：ＰＩＦ１，ＰＩＦ３－逡逑ＰＩＦ８以及Ｐｉｎ－Ｌｉｋｅ邋１邋（ＰＩＬ１／ＰＩＦ２）。所有成员都具有ＡＰＢ结构域，只有ＰＩＦ１和ＰＩＦ３逡逑同时具有ＡＰＢ和ＡＰＡ结构域。在光照条件下，ＰＩＦｓ的这两个结构域主要负责与Ｐｆｒ逡逑互作，其中ＰＩＨ和ＰＩＦ３通过ＡＰＡ结构域与ＰＨＹＡ互作，而ＰＨＹＢ可以与所有ＰＩＦｓ逡逑１５逡逑

套袋,花色苷,甜樱桃,红灯

２．４．２套袋处理对不同色泽甜樱桃果实花色苷合成的影响逡逑为了进一步研究光照对不同色泽甜樱桃果实着色的影响，是否是花色苷含量变化逡逑所引起的，本研宄以‘红灯’和‘雷尼’为试材进行了进一步分析。结果如图２－１Ａ所逡逑示，对‘红灯’而言，与正常光照果实相似，套袋‘红灯’果实在２７ＤＰＡ时开始变逡逑红；在４５邋ＤＰＡ时，果皮和果肉均为深红色。然而，转色期时，套袋‘雷尼’果实仍逡逑没有着色；在４５邋ＤＰＡ时对套袋‘雷尼’果实进行摘袋处理后，果实果皮才开始迅速逡逑着色（图２－１Ｂ）。逡逑对两个品种果实发育过程中总花色苷含量进行检测后发现，花色苷含量的变化与逡逑果实着色模式一致，即‘红灯’的套袋果实和对照果实总花色苷含量在２７邋ＤＰＡ开始逡逑迅速增加，在４５邋ＤＰＡ时分别达到２７．６０和２７．５５ｍｇＣＧＥ／１００ｇＦＷ，且两者之间总花逡逑色苷含量没有明显差异（图２－１Ｃ）。相比之下，正常生长的‘雷尼’果实总花色苷含逡逑量在３３ＤＰＡ时开始增加

【参考文献】