不同遮阴强度对黑穗醋栗抗坏血酸合成代谢酶及相关基因表达的影响

发布时间：2020-10-11 09:48

　　 本试验以黑穗醋栗高抗坏血酸(Ascorbic acid,AsA)品种‘亚德’(Adelinia)和低AsA品种‘黑丰’(Heifeng)为试材,对其进行不同程度的遮阴(遮阴强度:0(CK)、40%(T1)、60%(T2)),系统分析了遮阴对AsA、谷胱甘肽(GSH)含量及AsA合成再生过程中相关酶活性的影响;利用荧光定量PCR技术分析了AsA合成过程中L-半乳糖脱氢酶(GalDH)基因在不同遮阴强度下不同果实发育时期(幼果期、膨大期、半转色期、转色期以及成熟期)的相对表达量,研究了不同遮阴强度对果实GalDH基因的影响,从分子层面分析光照对AsA合成代谢的影响,进而为全面揭示黑穗醋栗果实富含AsA的内在原因提供科学依据,为黑穗醋栗中AsA合成代谢及分子辅助育种技术提供理论支持,同时也为实际生产提供一些理论支持。主要结果如下:(1)遮阴延长了2个品种黑穗醋栗果实的发育期,遮阴使2个品种果实的膨大期比对照延长了5-10天。遮阴也影响了果实品质,遮阴处理增加了2个品种成熟时果的果实硬度,40%和60%的遮阴下‘亚德’果实的硬度分别是未遮阴(CK)的1.97和2.36倍,‘黑丰’分别是1.70和2.21倍;‘亚德’成熟果实中可溶性固形物随着遮阴强度的增加而降低,但‘黑丰’成熟果实中可溶性固形物基本不受影响。(2)不同遮阴下,2个品种果实中AsA、DHA和T-AsA含量在整个果实生长发育中总体均呈下降的趋势,但不同品种不同处理下降幅度和时间有所不同。遮阴显著降低了2个品种成熟果实中AsA含量,40%遮阴和60%遮阴处理中,‘亚德’成熟果中AsA含量比未遮阴下降了41.06%和64.71%;‘黑丰’成熟果中AsA含量比对照下降了55.02%和77.89%。(3)遮阴对黑穗醋栗成熟果实中GSH的含量影响不大,但在果实发育前期(幼果期到膨大期)不同品种GSH含量变化不同,在遮阴下,‘亚德’GSH含量在果实发育前期有一明显的下降,但未遮阴处理呈上升趋势;‘黑丰’果实在重度遮阴(T2)处理下,在果实发育前期GSH一直呈上升趋势,其他两个处理下有下降现象。(4)轻度遮阴(T1)对整个果实发育期内AsA合成和再生相关酶活性几乎无影响,但在重度遮阴(T2)下,酶活性均随着果实的发育不断下降。遮阴降低了AsA合成和再生途径相关酶的活性,轻度遮阴下(T1),‘亚德’和‘黑丰’成熟果实中GalDH活性分别比未遮阴的下降了11.11%和14.29%,重度遮阴下2个品种分别下降了88.89%和86.29%;AsA再生途径关键酶APX、DHAR、MDHAR和GR的活性均随着遮阴强度的增加而下降。(5)CK、T1和T2处理下GalDH和DHAR活性与AsA含量呈显著正相关,相关系数均在0.8以上,表明AsA合成途径中的GalDH和AsA-GSH循环途径中的DHAR和MDHAR对黑穗醋栗果实AsA积累起主要作用。黑穗醋栗果实中GSH含量与GalDH、DHAR、MDHAR、GR和APX活性间都存在较强的相关性,尤其是APX活性与GSH含量相关性较强,相关系数均为0.9以上,这表明APX对黑穗醋栗果实中的GSH含量影响较大。遮阴处理对果实内AsA和GSH含量与相关酶活性之间的相关性无明显影响。(6)从转录组测序数据中筛选获得黑穗醋栗GalDH(RnGalDH)基因,开放阅读框长度为1470bp,编码476个氨基酸。采用生物学方法预测了黑穗醋栗RnGalDH基因编码的蛋白质相对分子量为52.12 kDa,理论等电点PI为5.42,为亲水性蛋白,无信号肽,无跨膜结构,蛋白质亚细胞位置预测于叶绿体中,包含了醛酮还原酶(Aldo-keto reductases,AKRs)的保守结构域,与甜樱桃、番茄和软枣猕猴桃亲缘关系较近。(7)荧光定量PCR结果表明,GalDH基因表达量在幼果和成熟果中较高,说明基因的表达与果实的发育阶段有关。遮阴降低了GalDH基因的相对表达量,40%遮阴下,‘亚德’幼果期果实中基因表达量比对照降低了27.21%,其他时期相差不大,而‘黑丰’则相反,遮阴果实发育前期影响不大,果实转色期和成熟期比对照下降了36.17%和55.84%;60%遮阴下,2个品种果实中GalDH基因表达量均下降较多。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S663.9
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 前言
    1.1 黑穗醋栗概述
    1.2 植物AsA的功能、合成、运输及代谢
        1.2.1 AsA的功能
        1.2.2 AsA的生物合成途径
        1.2.3 AsA的运输和代谢
    1.3 调控植物AsA合成及代谢相关酶研究进展
        1.3.1 植物AsA合成途径关键酶的调控
        1.3.2 植物AsA再生代谢途径关键酶的调控
    1.4 植物体内AsA积累差异及其原因
        1.4.1 AsA在种间及品种间的积累差异
        1.4.2 环境因子与生长发育对植物AsA含量的影响
    1.5 黑穗醋栗AsA相关研究进展
    1.6 本研究的目的与意义
2 材料与方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验方法
        2.2.1 黑穗醋栗植株的遮阴处理
        2.2.2 果实硬度和可溶性固形物测定
        2.2.3 生理指标及测定方法
        2.2.4 黑穗醋栗果实转录组测序
        2.2.5 定量表达分析
3 结果与分析
    3.1 遮阴对黑穗醋栗果实品质的影响
    3.2 遮阴对黑穗醋栗生长发育过程中AsA、DHA及 T-AsA含量的影响
    3.3 遮阴对黑穗醋栗生长发育过程中GSH、GSSG及 T-GSH含量的影响
    3.4 遮阴对黑穗醋栗生长发育过程中GalDH活性的影响
    3.5 遮阴对黑穗醋栗生长发育过程中AsA-GSH循环代谢相关酶活性的影响
        3.5.1 遮阴对黑穗醋栗果实中DHAR、MDHAR、GR活性的影响
        3.5.2 遮阴对黑穗醋栗果实中APX活性的影响
    3.6 黑穗醋栗果实中AsA和 GSH含量与代谢相关酶的关系
    3.7 黑穗醋栗总RNA的提取
    3.8 黑穗醋栗果实AsA合成基因GalDH的筛选
        3.8.1 基因编码蛋白的生物信息学分析
        3.8.2 蛋白质的理化性质预测
        3.8.3 黑穗醋栗RnGalDH进化树分析
    3.9 遮阴对黑穗醋栗果实发育过程中GalDH基因时空表达的影响
4 讨论
    4.1 遮阴对黑穗醋栗果实AsA积累的影响
    4.2 遮阴对黑穗醋栗果实生长发育过程中AsA合成代谢相关酶活性的影响
    4.3 黑穗醋栗果实AsA含量与合成代谢相关酶的关系
    4.4 AsA合成基因RnGalDH基因的表达
5 结论
致谢
参考文献
附录
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本文编号：2836423