基于蛋白质组学的冷藏南果梨果皮褐变机制及调控的研究

发布时间：2018-12-19 14:37

【摘要】：南果梨为辽宁省特产水果,采收期为9月上、中旬,采收后在常温下半个月左右即快速衰老、变软,失去商品价值。为了解决南果梨集中采收与长期市场供应需求之间的矛盾,生产上普遍采用冷藏方法来延缓果实的后熟衰老进程,但是,实际生产中发现经过冷藏的南果梨转入常温货架期后果皮很容易发生褐变,长期冷藏的果实甚至在果实尚未后熟软化即表现出褐变症状,严重影响了冷藏南果梨的商品品质;而未经冷藏的南果梨通常是在果实过熟软化时才表现出褐变症状,而且褐变的部位与冷藏果实不同,首先发生在果心,随后果肉开始褐变,果皮并不表现褐变症状。这一问题已成为南果梨产业发展的瓶颈问题。因此,研究冷藏南果梨果皮褐变机制,探索其调控技术对于推动南果梨产业发展具有重要的理论和实践意义。本研究首先利用iRAQ技术对采后自然后熟和冷藏180d后转入常温货架期果皮表现出褐变症状且硬度无显著差异的南果梨果实进行了蛋白质组学分析,筛选其差异蛋白质,并进行生物信息学分析(GO及KEGG);在上述研究基础上,分析了冷藏不同时期的南果梨在常温货架期果皮褐变指数、果皮中的丙二醛(MDA)含量、多酚氧化化酶(PPO)活性及酚类含量,ATP含量及能荷(EC)等指标的变化,重点研究了氧化磷酸化途径(oxidativephosphorylation)、谷胱甘肽代谢途径(glutathione metabolism)、丙酮酸代谢途径(pyruvate metabolism)和甘油磷脂代谢途径(erophospholipid metabolism)中的关键基因的表达水平,从能量代谢和膜质代谢角度探讨了冷藏南果梨果皮褐变的机理;最后,将间歇升温(intermittent warming,IW)处理和程序降温(low temperature conditioning,LTC)处理应用于南果梨冷藏过程中,探索两种变温处理对冷藏南果梨果皮褐变的缓解及相关的机理。主要研究结果如下:iTRAQ分析共鉴定到2830个差异表达蛋白质,以筛选标准Ratio+/-1.2且FDR0.05筛选出差异表达蛋白质181个,其中,95种蛋白下调表达,86种蛋白上调表达。GO分析结果表明,差异蛋白主要参与到生物过程(biologicalprocess)中的"细胞过程"(cellular process)," 应激反应"(response to stimulus)和"细胞组分组织或合成 "(cellular component organization or biogenesis);细胞组分(cellular component)分类中的"膜 "(membrane);分子功能(molecular function)分类中的"结合"(binding)与"催化活性"(catalytic activity)。KEGG分析的结果表明,"碳代谢"(carbon metabolism),"氨基酸的生物合成"(biosynthesis of amino acids)和"核糖体合成"(ribosome)是差异蛋白质最富集的途径。长期冷藏的南果梨出库后常温货架期间,果皮中MDA含量和PPO活性明显升高,酚类物质含量下降,并伴随着甘油磷脂代谢途径中磷脂酶D(phospholipase D,PLD)的基因表达量发生上调,说明南果梨果皮中膜脂过氧化作用加剧,酚类物质酶促褐变反应加剧。果皮中ATP含量和EC值都显著下降,氧化磷酸化代谢途径中的NADH脱氢酶(NADH dehydrogenase,NDH)基因、无机焦磷酸酶(vacuolar proton-inorganic pyrophosphatase,VPP)基因和 ATP 合成酶(ATP synthase,ATPase)基因的表达量都发生了不同程度的下调,表明南果梨果皮细胞中能量代谢通路出现紊乱,细胞中能量出现亏缺。丙酮酸代谢途径中乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)基因和苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase,MDH)基因显著发生下调表达,使脂肪酸合成代谢过程发生紊乱,影响了细胞膜的合成和稳定。谷胱甘肽代谢途径中谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase,GPX)基因表达量发生上调表达,可能是由于细胞在冷胁迫下提高了抗性。以上结果说明了能量代谢和膜质代谢与南果梨果皮褐变是密切相关的。外源ATP处理可以显著降低果实果皮的褐变指数、MDA含量,显著提高了果皮中ATP含量和EC值。并使NDH、VPP和ATPase的基因发生显著性上调表达,显著抑制PLD基因表达水平的上调,促进了 ACC和MDH基因发生显著上调表达,缓解了 GPX基因.表达的上调水平。验证了外源能量供给可以一定程度上促进南果梨果皮能量代谢和膜质代谢途径中相关基因的正常化表达,从而延缓了果皮褐变的发生,并且降低了褐变的程度,这进一步证明了能量代谢和膜质代谢水平与南果梨果皮褐变的关系。IW和LTC两种处理都可以延迟冷藏南果梨在常温货架期间果皮褐变现象的发生,并显著降低了果皮的褐变指数、MDA含量,显著提高了果皮中ATP含量和EC值。两种处理南果梨果皮NDH、VPP和ATPas的基因均上调表达,ATP含量和EC值有所提高,说明这两种处理能使细胞维持较高的能量水平,以维持细胞的正常代谢。同时,两种处理南果梨果皮PLD基因表达水平发生下调,MDA含量降低,说明果实的膜脂过氧化程度放缓,细胞的区室化结构分布得到更好的维护。此外,两种处理南果梨果皮ACC和MDH基因发生上调表达,反映出果实的脂肪酸合成代谢途径趋于稳定,维护了细胞膜的合成和稳定。两种处理还缓解了 GPX基因表达的上调水平,可以推断两种处理促进了果皮细胞的正常生理代谢过程,提高了果皮细胞的防御系统活性。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS255.3

【参考文献】