枸杞果实发育期糖分及其糖代谢相关基因表达分析

发布时间：2017-12-13 21:18

  本文关键词：枸杞果实发育期糖分及其糖代谢相关基因表达分析

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【摘要】：枸杞(Lycium L.)为茄科枸杞属植物,是我国重要的“药食同源”型植物资源,具有很强的抗逆性,是改良盐碱地的先锋树种。我国枸杞资源丰富,但在诸多枸杞资源中,唯有‘宁夏枸杞’(Lycium barbarum L.)在栽培生理、遗传育种和深加工产品开发方面研究较多,对其药用和食用价值认识较深,也是中国药典收载的唯一药用枸杞植物。枸杞果实中含有丰富的糖类物质,果实中糖的组分与含量不仅决定着果实品质形成的基础原料供应,还影响着许多次生代谢及活性物质底物的合成。目前对枸杞糖分积累及其分子调控机理尚不清楚。本研究以8份不同基因型枸杞种质为试材,通过对不同发育时期的枸杞果实形态变化、糖分含量、转录组测序、同源基因克隆与表达分析,比较不同基因型枸杞果实糖积累规律,分析果实发育过程中与糖代谢相关的差异表达基因变化,筛选出参与枸杞果糖代谢关键基因,并对3个关键基因进行克隆及表达分析,其研究为阐明枸杞品质形成的分子调控机理提供理论依据。结论如下：(1)根据枸杞单果质量和果实纵横径大小变化,枸杞果实划分为两类生长型：一类为两个快速生长阶段(即双“S”),即前期生长阶段和后期生长阶段,宁夏枸杞属于这类；另一类为一个快速生长阶段(即单“S”),‘黑果’属于这类。宁夏枸杞、‘北方’、‘云南’和‘宁夏黄果’在果实发育前期以纵向伸长为主,随后以横向加粗为主；‘中国’在整个发育时期以横向加粗为主；‘黑果’以纵向伸长与横向加粗等同进行生长。(2)利用国标和气相色谱(GC)法进行成熟期枸杞果实糖检测,检测出糖分有总糖、枸杞多糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、赤藓糖、阿拉伯糖、鼠李糖、岩藻糖、半乳糖、木糖和山梨糖,其中含量高于1 mg/g FW糖分有总糖、枸杞多糖、果糖、葡萄糖、蔗糖；不同基因型间糖组分与含量差异较大,其中,宁夏枸杞检测到糖种类多、含量较高,‘黑果’糖种类较少、含量较低。根据糖组分与含量的变化,枸杞果实糖分积累型可以划为两类,一类是以宁夏枸杞为代表的己糖型,成熟期以果糖和葡萄糖为主；一类是以黑果枸杞为代表的果糖型,成熟期以果糖为主。(3)利用Illumina Hiseq2500测序平台,对枸杞果实发育的青果期、初熟期和成熟期3个时期的果实进行转录组测序,共获得到50.90Gb Clean Data,组装得到126,332条transcripts和87,698条unigenes,平均长度为947bp和797bp。通过BLAST进行核酸和蛋白质功能注释,有38,978unigenes注释到NR蛋白数据库；有38,891unigenes注释到Trembl数据库；有31,761unigenes注释到GO数据库；有6,120unigenes注释到KO数据库；有31,761条unigenes归类到GO数据库的58个功能组中；有6120条unigenes注释到275个KEGG中。(4)通过对三个发育时期差异表达基因比较,在T14-VS-T30中,差异表达基因有10,369个,其中,上调为4,733个基因,下调为5,636个基因；在T14-VS-T35中,差异表达基因有11,644个,其中,上调为5,795个基因,下调为5,849个基因；在T30-VS-T35中,差异表达基因有7,272个,其中,上调基因为3,939个基因,下调基因为3,333个基因。在差异表达基因显著富集的55个pathways中,筛选出33个差异表达基因,参与4个与糖代谢相关的pathways;初步筛选出LbAl、 LbSS、 LbXl、 LbPFK和LbSPS等5个基因是调控枸杞果糖代谢的关键基因。(5)利用同源克隆法,克隆出枸杞LbAl、 LbSS和LbSPS的全部cDNA序列,其长度分别为2190 bp、2741 bp和3198bp,GenBank登录号分别为KM191309、KM191310和KM191308,3基因蛋白质序列与马铃薯和番茄的同源性很高。枸杞LbAl、 LbSS和LbSPS在枸杞果实发育过程中均有表达,但差异较大;LbAI和LbSPS在花中的表达量较高,在根中的表达量较低；而LbSS在根中的表达量较高,在叶中的表达量较低；3基因表达量随着果实颜色从红—黄—黑的变化逐渐减少,黑果枸杞中最低；NaCl处理后可降低3基因在果实中表达,且随着胁迫加重表达量不断降低。经相关性分析,枸杞果实LbAl表达量与果糖含量达到极显著相关,进一步证明LbAl 在枸杞果糖积累过程中发挥着关键作用。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S567.19;Q943.2
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本文编号：1286604