柠檬酸代谢及转运相关基因对柑橘果实酸度的调控机制

发布时间：2017-05-15 17:08

  本文关键词：柠檬酸代谢及转运相关基因对柑橘果实酸度的调控机制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：果实酸度是果实品质的重要指标之一,其在细胞内的调控主要分为代谢和转运两方面。柑橘果实中最主要的有机酸是柠檬酸,本文以高橙(Citrus sp.)、温州蜜柑(Citrus unshiu Marc.)和i*柑(Citrus reticulata Blanco cv. Ponkan)果实为材料,利用深度测序研究柠檬酸代谢和转运相关基因表达模式,并对转运关键基因进行功能验证,从遗传因子、栽培措施及采后处理等方面初步揭示了柑橘有机酸积累调控机制。主要结果如下 1、初步鉴定了果实柠檬酸降解相关的转运蛋白基因。研究高橙和温州蜜柑果实发育阶段柠檬酸含量变化,发现高橙果实可能存在柠檬酸降解障碍。对高橙和温州蜜柑发育阶段果实进行深度测序,得到4866条差异表达基因(DEGs).通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)验证发现,CitAco3、CitGS2、CitGDU1、 CitCHX, CitAL-MT和CitDIC的表达在两个品种发育后期有显著性差异,且与柠檬酸含量变化一致。因此,推测CitAco3、CitGS2和CitGDU1调控的谷氨酰胺途径可能是果实发育过程中柠檬酸降解的主要支路,而3个转运蛋白基因(CitCHX、CitAL-MT和CitDIC)可能与柠檬酸降解有关。用热激处理高橙果实,发现果实TA含量下降7%-9%,且CitCHX、CitAL-MT和CitDIC的表达被热激处理显著诱导。进一步用烟草瞬时表达体系进行验证,发现CitCHX、CitAL-MT和CitDIC注射后叶片中柠檬酸含量分别为对照的24%、31%和27%；同时,顺乌头酸酶活性均被显著诱导,表明CitCHX、CitAL-MT和CitDIC可能通过增强果实柠檬酸降解相关酶活性,从而促进柠檬酸降解,但其具体作用机制有待进一步研究。 2、研究了延后栽培过程中i*柑果实柠檬酸代谢规律。发现在延后采收过程中,温室栽培果实相对于露地栽培果实的可滴定酸(TA)含量显著降低,固酸比增加了6%-19%,表现出较好的风味品质。露地栽培果实中柠檬酸含量显著高于温室栽培果实,柠檬酸合成相关基因CitPEPCs和CitCSs呈显著上调表达,表明露地栽培果实柠檬酸的合成显著增强。而柠檬酸降解相关的CitAco3、CitGAD4基因也被显著诱导,可能是由于露地栽培果实内柠檬酸大量积累,造成果实细胞内高酸环境,使植物逆境相关的γ-氨基丁酸(GABA)支路被激活,促进了柠檬酸的转化,从而维持果实细胞内的酸度平衡。 3、研究了低温和水分胁迫对i*柑果实柠檬酸代谢的调控。i*柑果实成熟期易遭遇低温、干旱等不适宜生长环境,通过盆栽试验发现柠檬酸含量在低温处理果实中一直显著高于对照,为对照的1.4-1.9倍,而在干旱处理30天果实中与对照无显著差异,处理第60天开始高于对照,约为对照的1.5倍,表明水分胁迫对柠檬酸含量的影响可能是长期效应。CitPEPCs、CitCSs、CitAco3和CitGAD4的表达被低温显著诱导,而在水分胁迫条件下与对照无显著差异。生产上i*柑果实延后采收的时间一般是1-2个月,由此可见,低温可能是露地栽培果实中柠檬酸积累而导致品质较差的主要因素。 综上所述,柑橘果实柠檬酸调控涉及转运和代谢两个方面。首先,液泡中的柠檬酸可能在CitCHX, CitAL-MT和CitDIC等转运蛋白的共同作用下向细胞质转运,然后,通过谷氨酰胺或GABA途径降解,自然降酸主要通过谷氨酰胺途径,不同品种、不同发育阶段柑橘果实间存在能力差异,而胁迫环境下(低温等)果实柠檬酸的降解主要通过GABA途径。
【关键词】：柑橘果实 柠檬酸 代谢 转运蛋白 延后采收
【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】：S666
【目录】：

• 致谢6-8
• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 缩略词表12-17
• 1 绪论17-26
• 1.1 果实有机酸组分17-18
• 1.1.1 柠檬酸型17
• 1.1.2 苹果酸型17-18
• 1.1.3 酒石酸型18
• 1.2 柑橘果实有机酸变化规律18-19
• 1.3 果实柠檬酸的代谢19-20
• 1.4 果实柠檬酸的转运20-22
• 1.5 柠檬酸代谢与转运的关系22
• 1.6 果实有机酸的调控22-24
• 1.7 研究目的和内容24-26
• 2 柠檬酸降解相关转运蛋白基因的鉴定26-43
• 2.1 材料与方法26-30
• 2.1.1 试验材料与处理26
• 2.1.2 果实可滴定酸(TA)测定26-27
• 2.1.3 有机酸组分测定27
• 2.1.4 RNA提取与逆转录27
• 2.1.5 转录组测序和差异表达基因分析27-28
• 2.1.6 实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析28
• 2.1.7 烟草叶片瞬时表达28-29
• 2.1.8 酶活性分析29-30
• 2.1.9 数据处理30
• 2.2 结果与分析30-41
• 2.2.1 不同酸度柑橘果实发育过程中有机酸含量变化差异30-32
• 2.2.2 高橙和温州蜜柑发育过程中差异基因分析32-34
• 2.2.3 柠檬酸代谢和转运34-37
• 2.2.4 热激对转运蛋白基因表达的影响37-39
• 2.2.5 转运蛋白基因在烟草叶片上的验证39-41
• 2.3 讨论41-43
• 3 环境因子对柠檬酸代谢的调控43-56
• 3.1 材料与方法43-45
• 3.1.1 试验材料与处理43-44
• 3.1.2 可溶性固形物(TSS)和TA测定44
• 3.1.3 有机酸测定44
• 3.1.4 RNA提取与逆转录44
• 3.1.5 qRT-PCR分析44-45
• 3.1.6 数据处理45
• 3.2 结果与分析45-53
• 3.2.1 i*柑果实发育及延后栽培过程中TSS和TA变化规律45-46
• 3.2.2 i*柑果实发育及延后栽培过程中有机酸含量变化46-47
• 3.2.3 温室和露地栽培i*柑果实柠檬酸合成基因的表达47-48
• 3.2.4 温室和露地栽培i*柑果实柠檬酸降解基因的表达48-49
• 3.2.5 温度和水分对延后栽培过程中i*柑果实柠檬酸含量的影响49-51
• 3.2.6 温度和水分对柠檬酸合成相关基因的影响51-52
• 3.2.7 温度和水分对柠檬酸降解相关基因的影响52-53
• 3.3 讨论53-56
• 4 小结与展望56-58
• 4.1 小结56-57
• 4.2 展望57-58
• 参考文献58-69
• 学习经历及在学期间所取得的科研成果69

【参考文献】

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6 文涛,熊庆娥,曾伟光,刘远鹏;脐橙果实有机酸代谢调控措施的初步研究[J];四川农业大学学报;2001年02期

  本文关键词：柠檬酸代谢及转运相关基因对柑橘果实酸度的调控机制，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：368345