芒果花色苷合成与调控的生理与分子机制

发布时间：2017-11-11 14:33

  本文关键词：芒果花色苷合成与调控的生理与分子机制

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【摘要】：我国是主要的芒果生产国之一,芒果品种果皮颜色丰富,有绿、黄、红多种。作为重要的商业化种植热带水果,芒果相关研究以前多集中于栽培生理和资源方面,有关果实着色的分子机制研究相对较少,基因组信息缺乏。为此,本研究通过RNA-Seq和高通量蛋白质组学技术,从整体水平上分析芒果生长发育过程中与果实着色相关的功能基因和表达蛋白,研究不同品种果皮色素与花色苷合成相关基因表达的关系,除袋处理对红芒6号(红皮品种)和椰香芒(绿皮品种)果皮色素和花色苷生物合成的结构基因、MYB基因表达的影响,同时分析了2个红皮品种的基因表达谱差异分析,为进一步调控果实着色提供理论依据。研究结果如下：1、以红芒6号为试材,对生长发育和成熟阶段的果实混合样品进行转录组测序,共获得了68,419,722个reads片段(平均读长90bp,13×测序深度)。序列信息保存在NCBI数据库(GenBank accession SRP035450)。对reads进行拼接,共获得124,002个Contig片段和54207个Unigene片段,包含26,413个clusters口27,794个singletons.阈值E小于10-5的序列中共有42515个unigenes被注释到公共蛋白数据库。其中35198个被注释到生物学过程、分子功能和细胞组分GO类别的58个功能组,14619个Unigenes匹配到25类COG功能组,23741个Unigene被富集到128个KEGG代谢通路。这些代谢通路揭示了一些新的转录本,为芒果果实发育和成熟过程研究提供了丰富的分子生物学信息,为进一步的基因功能、全基因组测序等研究奠定基础。基于芒果转录组数据,进行红芒6号成熟果实的蛋白全谱分析(基于LTQ-Orbitrap CID的LC-ESI-MS/MS分析),共鉴定出7586个肽段,可以匹配到2754个蛋白(数据库登录号PXD000808和DOI (http://dx.doi.org/10.6019/PXD000808)。所鉴定蛋白的分子量范围从3.72KDa401KDa。其中17个蛋白质匹配到芒果已有的序列,包括八氢番茄红素合成酶、蔗糖合成酶、小热激蛋白等,这些蛋白参与碳水化合物代谢、蔗糖代谢、果实软化、信号转导等过程。2、基于转录组测序结果,筛选出芒果花色苷合成过程中的相关结构基因和MYB基因。分析了14个不同色泽芒果品种的果皮色素含量,非红皮品种的叶绿素和类黄酮含量高于红皮品种,果皮花色苷浓度从0到15.96mg/100g FW。根据果皮颜色和色素将芒果分为不同着色类型：非红皮品种椰香芒、白象牙、桂热82、桂香、陵水、青皮、粤西1号、中间类型品种台农1号和金煌,红皮品种热农2号、热农1号、红瓦城、Zillate、R2E2。通过花色苷生物合成的结构基因和MiMYB基因的表达模式研究发现,红皮品种MiC4H、Mi4CL2、MiANS、MiUFGT 2基因表达显著高于非红皮品种。红皮品种花色苷含量与MiPAL显著正相关。非红皮品种花色苷含量与MiC4H、Mi4CL2和MiUFGT 2呈显著正相关,与Mi4CL和MiMYB基因呈极显著正相关。3、以Zill(红芒6号)和Dashehari(椰香芒)为材料,研究未套袋果与套袋果果皮色素、色泽变化及花色苷合成相关基因的表达变化。未套袋果的叶绿素、类胡萝卜素含量在成熟后期呈下降趋势,而套袋果重新曝于自然光下,叶绿素、类胡萝卜素呈升高趋势；花色苷含量均呈现升高的变化趋势,类黄酮含量均呈先升高后降低的变化趋势。对红芒6号,套双层袋显著抑制了MiC4H、Mi4CL2、MiF3'H、MiUFGT1和MiMYB基因的表达。Mi4CL2、MiF3H2、MiDFR、MiANS、MiUFGT 2、MiMYB基因受到光照诱导表达量迅速上升,在去袋4天均达到最大值,MiF3'H、Mi4CL、MiCHS1和MiF3H1在去袋7天升至最高,MiPAL、MiC4H、MiCHI、MiUFGT1基因在去袋10天时表达量升至最高,与除袋10天时花色苷含量升至最高的趋势相一致。相关分析表明,花色苷含量与MiPAL、 MiCHI基因呈显著正相关。对椰香芒,套袋果的果皮明亮度、色彩浓度显著高于未套袋果,而色度角显著低于未套袋果。外黄内黑复合纸双层袋促进了MiCL、MiDFR、MiANS、 MiUFGT2基因上调表达,抑制了MiC4H、MiF3'H、MiCHI、MiMYB基因的表达。椰香芒套双层袋后重新曝于自然光下,花色苷合成相关基因的表达量均较低,且明显低于红芒6号,MiPAL、MiC4H、Mi4CL2、MiF3H1、MiF3'H、MiUFGT 1、MiUFGT 2基因受到光照诱导呈现先下降后升高的趋势,10天或完熟时表达量最大。4、以光不敏感品种Ono和光敏感品种热农1号芒果为试材,基于红芒6号转录组测序结果研究了未套袋果与套双层袋果果皮的基因表达谱变化。结果表明,Ono芒果对套双层袋的反应比热农1号要复杂得多,与未套袋果相比,Ono套双层袋诱导1349个基因上调表达,抑制2148个基因表达；而热农1号诱导355个基因上调表达,抑制481个基因表达。这些差异表达基因在两个品种中呈现相同或相反的调控模式,差异表达的基因如PAL、CHS、 C4H、F3H、CHI、F3'5'H、LDOX、UFGT啾鉴定,26个MYBs、4个bHLHs、1个WD40基因也差异表达。植物生理节律代谢途径的LHY/CCA1家族基因,光合生物固碳途径中的FBPase/SBPase、RK、GAPDH,光合作用途径中相关基因及泛素介导蛋白水解途径中COP1基因也有表达差异。本研究为芒果果实成熟期基因表达谱变化和深入了解光敏感和不敏感芒果品种果皮花色苷合成和着色差异提供有价值的信息。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S667.7

【参考文献】

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本文编号：1171813