【摘要】：葡萄是世界上重要的栽培果樹(shù)之一,歐洲葡萄品種因其優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)的特性被廣泛用于釀酒、鮮食及制汁、制干。歐洲葡萄突出缺點(diǎn)是抗病抗逆性差,尤其易感白粉病。研究表明,葡萄中的芪類(lèi)物質(zhì)白藜蘆醇既有植保素的抑菌作用,又有助于人體健康。中國(guó)是葡萄三大起源中心之一,蘊(yùn)藏著豐富的抗性資源與抗性基因。中國(guó)野生毛葡萄‘丹鳳-2’不僅抗病性強(qiáng)而且白藜蘆醇含量高,但是其白藜蘆醇代謝調(diào)控途徑研究并不清楚。本研究以毛葡萄‘丹鳳-2’為材料,以歐洲葡萄品種‘赤霞珠’為對(duì)照,通過(guò)轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組多組學(xué)聯(lián)用,從轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平分析‘丹鳳-2’白藜蘆醇含量高的遺傳機(jī)制,挖掘調(diào)控白藜蘆醇合成的相關(guān)基因,為進(jìn)一步解析白藜蘆醇代謝調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ)。取得主要結(jié)果如下:1、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序表明其中丹鳳-2表達(dá)基因數(shù)目為19,008個(gè),赤霞珠表達(dá)基因數(shù)目為19,373個(gè)�！P-2’存在54條芪合成酶基因,而‘赤霞珠’中為48條。其中,‘丹鳳-2’存在6條特異芪合成酶轉(zhuǎn)錄本。通過(guò)對(duì)‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’的果實(shí)在四個(gè)發(fā)育時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,獲得兩者在各個(gè)發(fā)育時(shí)期的差異表達(dá)基因,使用GO富集,KEGG富集以及MapMan分析差異表達(dá)基因參與的代謝通路及生物學(xué)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)色期和成熟期差異表達(dá)代謝途徑主要為苯丙氨酸代謝途徑,光合途徑,細(xì)胞壁組分代謝以及脂肪酸代謝途徑;并且在苯丙氨酸代謝途徑中,芪合成酶基因和苯丙氨酸解氨酶基因在‘丹鳳-2’中高表達(dá),而在‘赤霞珠’中,查爾酮合成酶基因高表達(dá)。除芪類(lèi)代謝相關(guān)基因外,還發(fā)現(xiàn)生物脅迫基因、抗病基因、轉(zhuǎn)錄因子基因、光合基因、脂肪代謝基因、細(xì)胞壁組分有關(guān)基因和木質(zhì)素基因等差異表達(dá)基因,在‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’中表達(dá)增強(qiáng)基因數(shù)目分別為:72個(gè)/116個(gè),46個(gè)/70個(gè),179個(gè)/150個(gè),50個(gè)/1個(gè),66個(gè)/62個(gè),26個(gè)/91個(gè)以及14個(gè)/24個(gè)。‘丹鳳-2’在轉(zhuǎn)錄因子基因增強(qiáng)表達(dá)基因數(shù)目明顯多于‘赤霞珠’,預(yù)示‘丹鳳-2’在轉(zhuǎn)錄調(diào)控相關(guān)代謝途徑強(qiáng)于‘赤霞珠’。2、蛋白質(zhì)組測(cè)序得到3,751個(gè)蛋白質(zhì),包括細(xì)胞過(guò)程(1,180個(gè)),發(fā)育過(guò)程(198個(gè)),生長(zhǎng)(4個(gè)),免疫系統(tǒng)過(guò)程(26個(gè)),細(xì)胞和組織互作(120個(gè)),定位(181個(gè)),代謝過(guò)程(269個(gè)),調(diào)節(jié)(355個(gè)),再生(1個(gè)),脅迫應(yīng)答(544個(gè))和其它(227個(gè))。通過(guò)蛋白質(zhì)組分析‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實(shí)在四個(gè)發(fā)育時(shí)期差異表達(dá)的蛋白,發(fā)現(xiàn)芪合成酶和查爾酮合成酶在次生代謝途徑中競(jìng)爭(zhēng)底物香豆酰輔酶A,在‘丹鳳-2’果實(shí)發(fā)育的轉(zhuǎn)色期和成熟期,芪合成酶和芪類(lèi)物質(zhì)合成生物學(xué)過(guò)程得到增強(qiáng)。3、通過(guò)代謝組分析‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’在果實(shí)發(fā)育四個(gè)時(shí)期差異積累的代謝物質(zhì),共鑒定到203種物質(zhì),其中,‘丹鳳-2’中芪合成酶和查爾酮合成酶的上游物質(zhì)包括苯丙氨酸、羥基肉桂酸積累量高于‘赤霞珠’。采用高效液相色譜方法檢測(cè)‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實(shí)在硬果期、轉(zhuǎn)色前期、轉(zhuǎn)色期和成熟期中白藜蘆醇及云杉新苷的含量,發(fā)現(xiàn)‘丹鳳-2’在各發(fā)育時(shí)期芪類(lèi)物質(zhì)含量均高于‘赤霞珠’。并且在‘丹鳳-2’果實(shí)成熟期白藜蘆醇及云杉新苷含量最高。同時(shí),對(duì)‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實(shí)在四個(gè)發(fā)育時(shí)期黃酮類(lèi)物質(zhì)和花青苷物質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)‘赤霞珠’果實(shí)中黃酮類(lèi)物質(zhì)和花青苷類(lèi)物質(zhì)整體含量顯著高于‘丹鳳-2’。4、以白藜蘆醇為底物,在氧甲基轉(zhuǎn)移酶,漆酶和白藜蘆醇糖基轉(zhuǎn)移酶催化下分別生成紫檀芪,葡萄素和云杉新苷。用全基因組分析苯丙氨酸代謝途中與白藜蘆醇衍生物合成相關(guān)的基因家族,鑒定到58條氧甲基轉(zhuǎn)移酶基因,77條漆酶基因和49條白藜蘆醇糖基轉(zhuǎn)移酶基因。通過(guò)聚類(lèi)、基因結(jié)構(gòu)與基因保守模體的分析,發(fā)現(xiàn)葡萄白藜蘆醇衍生物代謝基因家族成員存在功能冗余和功能分化,并且具有時(shí)空表達(dá)差異,其中三類(lèi)基因在‘丹鳳-2’表達(dá)水平均高于‘赤霞珠’。5、芪合成酶基因表達(dá)受6類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控。通過(guò)共表達(dá)分析篩選調(diào)控芪合成酶基因的轉(zhuǎn)錄因子,鑒定到52個(gè)候選正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子,包括6個(gè)bHLH,2個(gè)bZIP,19個(gè)ERF,16個(gè)MYB,8個(gè)WRKY和1個(gè)NAC基因;同時(shí)鑒定到3個(gè)候選負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子,分別為1個(gè)bHLH,1個(gè)MYB和1個(gè)bZIP基因。其中,‘丹鳳-2’中有5個(gè)bHLH,1個(gè)bZIP,16個(gè)ERF,12個(gè)MYB,8個(gè)WRKY和1個(gè)NAC基因共計(jì)43個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因上調(diào)表達(dá),而‘赤霞珠’中只有9個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因上調(diào)表達(dá)。進(jìn)一步酵母單雜交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明12個(gè)得分最高的候選轉(zhuǎn)錄因子中11個(gè)轉(zhuǎn)錄因子與芪合成酶基因啟動(dòng)子結(jié)合。此外,我們初步研究了一個(gè)與擬南芥脫落酸合成調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子ATAF1同源的轉(zhuǎn)錄因子VqNAC1的功能。結(jié)果表明葡萄葉片中瞬時(shí)表達(dá)VqNAC1促進(jìn)芪類(lèi)物質(zhì)積累,并且增加了脫落酸合成相關(guān)基因以及PR1基因的表達(dá)。6、在轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的1,112條長(zhǎng)鏈非編碼RNA進(jìn)行了共表達(dá)分析,篩選到4條參與調(diào)控芪合成酶基因的候選長(zhǎng)鏈非編碼RNA;通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)其中的2條長(zhǎng)鏈非編碼RNA可以上調(diào)芪合成酶基因表達(dá)。綜上所述,經(jīng)過(guò)多組學(xué)分析兩個(gè)材料在各個(gè)發(fā)育時(shí)期的差異表達(dá),使用GO富集,KEGG富集以及MapMan分析差異表達(dá)基因參與的代謝通路及生物學(xué)過(guò)程,揭示了在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中芪合成酶基因的表達(dá)與芪類(lèi)物質(zhì)產(chǎn)物累積的內(nèi)在因素與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)關(guān)系;發(fā)現(xiàn)了芪合成酶基因的表達(dá)受到多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控作用,特別是在‘丹鳳-2’中鑒定到6個(gè)特異芪合成酶轉(zhuǎn)錄本以及2個(gè)參與調(diào)芪合成酶基因表達(dá)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA的新發(fā)現(xiàn),這些基因數(shù)據(jù)信息為今后系統(tǒng)研究與利用中國(guó)野生毛葡萄‘丹鳳-2’的芪合成酶基因及其調(diào)控表達(dá)功能,與歐洲葡萄品種雜交,提高抗病性與芪類(lèi)物質(zhì)含量的育種提供了科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S663.1
【圖文】：

第一章 文獻(xiàn)綜述冗余還是參與不同的生物學(xué)過(guò)程仍待研究 (Parage et al. 2012; Richter 芪合成酶和查爾酮合成酶在氨基酸序列上有 75%-90%的相似性，已有研成酶從查爾酮合成酶進(jìn)化而來(lái) (Tropf et al. 1994)。特別是 1997 年美國(guó)《科道，葡萄漿果中含有對(duì)人體抗癌抗衰老的功能成分白藜蘆醇。在人體代謝，白藜蘆醇被人體吸收后轉(zhuǎn)化成云杉新苷由血漿蛋白、脂蛋白攜運(yùn)至各組人體保健有重要作用。在植物體內(nèi)，白藜蘆醇是一種天然植保素，對(duì)植物有抑制作用。此外，白藜蘆醇存在三類(lèi)衍生物，紫檀芪，葡萄素和云杉新究報(bào)道，紫檀芪和葡萄素可以抑制真菌孢子萌發(fā)。而白藜蘆醇，紫檀芪，杉新苷統(tǒng)稱(chēng)為芪類(lèi)物質(zhì)，后三者為白藜蘆醇衍生物。

20圖 3-1 兩個(gè)葡萄材料果實(shí)四個(gè)發(fā)育時(shí)期轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析（A）兩個(gè)材料果實(shí)四個(gè)發(fā)育時(shí)期的果實(shí)性狀。中上半部分為丹鳳-2 果實(shí)四個(gè)發(fā)育階段性狀和形態(tài)，分別為硬果期（花后 25 天）、轉(zhuǎn)色前期（花后 40 天）、轉(zhuǎn)色期（花后 50 天）和成熟期（花后 80 天）；下半部分為赤霞珠果實(shí)四個(gè)發(fā)育時(shí)期性狀和形態(tài)，分別為硬果期（花后 30 天）、轉(zhuǎn)色前期（花后 45 天）、轉(zhuǎn)色期（花后 60 天）和成熟期（花后 110 天）。（B）兩個(gè)材料果實(shí)四個(gè)發(fā)育時(shí)期中表達(dá)基因數(shù)目以及表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子數(shù)目。其中丹鳳-2 表達(dá)基因數(shù)目為 19,008 個(gè)，赤霞珠表達(dá)基因數(shù)目為 19,373 個(gè)。（總基因數(shù)目）葡萄中總基因數(shù)目為 29,927 個(gè)。（C）兩個(gè)材料果

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 強(qiáng)建才;;介紹幾個(gè)優(yōu)良高效葡萄品種[J];榆林科技;2009年01期

2 石景元;;特色葡萄產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的出路在于科學(xué)發(fā)展[J];吐魯番科技;2010年02期

3 李鐘曉;張抗戰(zhàn);;三個(gè)“力求”讓葡萄種植走出困惑[J];西北園藝(果樹(shù));2018年06期

4 沈蓓蕾;沈易;;提高葡萄質(zhì)量和產(chǎn)量的相關(guān)管理技術(shù)分析[J];現(xiàn)代園藝;2019年02期

5 李建軍;;家鄉(xiāng)的葡萄園[J];工會(huì)博覽;2018年35期

6 李峰;賈軍;紀(jì)來(lái)亮;閆晶紅;宋曉燕;;適宜延慶地區(qū)大棚栽培的葡萄品種[J];北方果樹(shù);2019年03期

7 ;國(guó)際葡萄與葡萄酒組織發(fā)布《世界葡萄品種分布報(bào)告》[J];中國(guó)食品學(xué)報(bào);2018年03期

8 吳晉斌;張金平;;丁拖保:葡萄種植有“鮮”招[J];農(nóng)藥市場(chǎng)信息;2018年07期

9 何宇;;解析葡萄改接及示范推廣技術(shù)[J];農(nóng)家參謀;2018年11期

10 童彤;;澳大利亞:葡萄種植戶(hù)轉(zhuǎn)種藍(lán)莓[J];中國(guó)果業(yè)信息;2017年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王同坤;于鳳鳴;郭紫娟;張海斌;李紅星;;葡萄品種過(guò)氧化物酶同工酶分析[A];中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)第二屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)園藝學(xué)論文集[C];1995年

2 羅國(guó)光;;葡萄品種‘蛇龍珠’是否就是品麗珠?——關(guān)于‘蛇龍珠’的起源探討[A];中國(guó)園藝學(xué)會(huì)成立70周年紀(jì)念優(yōu)秀論文選編[C];1999年

3 施安華;;保加利亞葡萄品種在河北省各地的適應(yīng)情況[A];河北省果樹(shù)學(xué)會(huì)論文選編（1962）[C];1962年

4 匡明}

本文編號(hào)：2734347