酿酒葡萄中IBMP生物合成及代谢中间产物的研究

发布时间：2020-11-05 14:31

　　 3-烷基-2-甲氧基吡嗪(MPs)存在于许多葡萄品种及葡萄酒中,是葡萄酒“生青味”的主要来源。此类物质的代谢路径尚未被完全阐明,且相关的研究很少。目前关于MPs的合成有两种假说,一种认为MPs的合成首先由支链氨基酸酰基化转为氨基酰胺(以下简称“氨基酸酰胺化途径”);一种则认为其合成起始于两个氨基酸之间的直接缩合(以下简称“氨基酸缩合途径”)。本课题以3-异丁基-2-甲氧基吡嗪(IBMP)为研究对象,在上述两种假说的基础上,利用稳定性同位素示踪技术,用IBMP合成可能前体的~(13)C标记物(2-~(13)C-L-Leu)对赤霞珠葡萄果穗和叶片进行饲喂处理,追踪其合成路径中可能的关键产物及果实中IBMP的来源;用非标记物(L-Leu)及可能的中间产物L-亮氨酰胺(AMPA)和2,5-二羰基-3-异丁基哌嗪(DCIP)分别对赤霞珠葡萄果穗进行饲喂处理,研究果实中IBMP含量及其关键基因的表达水平;在室内离体培养条件下,用2-~(13)C-IBMP分别于转色前、转色后对赤霞珠葡萄果实进行饲喂处理,通过追踪相关中间产物的含量及~(13)C标记情况,探索IBMP降解路径及单因素温度和光照对IBMP降解的影响。主要研究结果如下:(1)以2-~(13)C-L-Leu作为唯一的示踪剂对田间正常生长的赤霞珠葡萄果穗进行标记后发现,果皮中IBHP的~(13)C丰度达18.78 atom%,是同期L-Leu丰度的55.60%,进一步证实IBHP是IBMP合成的关键中间产物,尤其是证实了L-Leu是葡萄果实中IBMP生物合成的前体;检测到葡萄果皮中AMPA的~(13)C丰度略高于天然丰度,且在整个处理期间其丰度始终低于同期IBHP,初步表明“氨基酸酰胺化途径”是葡萄果实中IBMP合成的途径之一。(2)用L-Leu和AMPA对田间正常生长的赤霞珠葡萄果穗进行处理,果实中VvOMT1和VvOMT3基因于果实转色后显著上调表达,其IBMP含量也显著提高,且AMPA处理后果实中IBMP含量显著提高的时间早于L-Leu处理,进一步证明“氨基酸酰胺化途径”是葡萄果实中IBMP合成的途径之一。(3)在葡萄果皮中检测到2,5-二羰基-3-异丁基哌嗪(DCIP),且其含量在果实成熟过程中呈持续下降趋势,这与果实中IBMP含量的变化趋势相似。此外,对田间正常生长的赤霞珠葡萄果穗进行DCIP处理后,果皮中VvOMT3基因的表达水平于果实成熟期显著上调表达,其含量也显著提高,初步表明DCIP也参与了葡萄果实中IBMP的生物合成。(4)用2-~(13)C-L-Leu对田间正常生长的赤霞珠葡萄叶片进行标记后,在相应的葡萄果皮中检测到了带有明显~(13)C标记的L-Leu、IBHP和少量标记的AMPA,表明果实中IBMP的积累除自身合成以外,部分合成前体L-Leu和关键中间产物IBHP也源于叶片。(5)用2-~(13)C-IBMP对离体赤霞珠葡萄果实进行标记后发现,各处理果皮中IBHP的~(13)C丰度均高于97.66 atom%,进一步证实了IBHP是葡萄果实中IBMP降解的关键中间产物之一。此外,还发现同期各处理果皮中另一个物质—2,5-二羰基-3-异丁基哌嗪(DCIP)的~(13)C丰度均高于74.36 atom%,表明该物质亦来源于果实中IBMP的降解,为明晰葡萄果实中IBMP的降解途径提供了重要信息。(6)用2-~(13)C-IBMP标记离体赤霞珠葡萄绿果(转色前果实)后发现,在果皮中亦检测到了高丰度~(13)C标记的IBHP和DCIP,表明葡萄果实中IBMP在葡萄转色前不仅仅是一般认为的简单的合成过程;用L-Leu、AMPA对田间正常生长的赤霞珠葡萄果穗处理后果实中IBMP含量于转色后的整个成熟期具有显著提高的趋势,用DCIP处理后在葡萄成熟后期果实中IBMP含量显著提高,说明葡萄果实中IBMP在葡萄转色后不仅仅是一般认为的简单的降解过程,而是合成与降解并存的一个动态平衡过程。(7)光照和温度均调控葡萄果皮中IBMP和IBHP的降解,其中,高温的作用更加突出。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S663.1
【部分图文】：

图 1-1 葡萄和葡萄酒中 7 种 MPs 的化学结构Figure 1-1 Chemical structures of the seven MPs in grapes and wine.多的 MPs 化合物中，对葡萄和葡萄酒风味的影响较大的是 IBMP、类（Maga, 1992；Hashizume and Umeda, 1996）。由于阈值极低，其的阈值为 1-2 ng·L-1，在红葡萄酒中的阈值为 10-16 ng·L-1。通常情况

图 1-2 葡萄中 IBMP 来源的两种不同理论Figure 1-2 Two theories about the origin of IBMP in grape.葡萄果实中 MPs 积累的因素中 MPs 的因素有很多，主要包括品种、气候、温度、光照面就关于此类物质的研究热点概述如下：

图 1-3 生物体中 IBMP 生物合成的两种假设途径（源自 Dunlevy, et al., 2013）（a：Murray 等 1970 年提出的 IBMP 合成路径；b:Cheng 等 1991 年提出的 IBMP 合成可能路径）Figure 1-3 Two proposed pathways of 3-isobutyl-2-methoxypyraxine biosynthesis in living organisms(From Dunlevy et al., 2013)（a: Biosynthesis of IBMP proposed by Murray et al in 1970; b: Biosynthesis of IBMP proposed byCheng et al., in 1991）
【参考文献】

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1 陈展;王效科;尚鹤;;利用~(13)C同位素示踪方法测定O_3对水稻C固定和迁移的影响[J];生态学杂志;2014年07期

2 于贵瑞,王绍强,陈泮勤,李庆康;碳同位素技术在土壤碳循环研究中的应用[J];地球科学进展;2005年05期

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1 邵利;何首乌悬浮细胞系的建立和稳定同位素示踪研究二苯乙烯苷合成路径[D];华南理工大学;2012年

本文编号：2871770