本文關(guān)鍵詞：芒果花色苷合成與調(diào)控的生理與分子機(jī)制

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【摘要】：我國(guó)是主要的芒果生產(chǎn)國(guó)之一,芒果品種果皮顏色豐富,有綠、黃、紅多種。作為重要的商業(yè)化種植熱帶水果,芒果相關(guān)研究以前多集中于栽培生理和資源方面,有關(guān)果實(shí)著色的分子機(jī)制研究相對(duì)較少,基因組信息缺乏。為此,本研究通過RNA-Seq和高通量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),從整體水平上分析芒果生長(zhǎng)發(fā)育過程中與果實(shí)著色相關(guān)的功能基因和表達(dá)蛋白,研究不同品種果皮色素與花色苷合成相關(guān)基因表達(dá)的關(guān)系,除袋處理對(duì)紅芒6號(hào)(紅皮品種)和椰香芒(綠皮品種)果皮色素和花色苷生物合成的結(jié)構(gòu)基因、MYB基因表達(dá)的影響,同時(shí)分析了2個(gè)紅皮品種的基因表達(dá)譜差異分析,為進(jìn)一步調(diào)控果實(shí)著色提供理論依據(jù)。研究結(jié)果如下：1、以紅芒6號(hào)為試材,對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育和成熟階段的果實(shí)混合樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,共獲得了68,419,722個(gè)reads片段(平均讀長(zhǎng)90bp,13×測(cè)序深度)。序列信息保存在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)(GenBank accession SRP035450)。對(duì)reads進(jìn)行拼接,共獲得124,002個(gè)Contig片段和54207個(gè)Unigene片段,包含26,413個(gè)clusters口27,794個(gè)singletons.閾值E小于10-5的序列中共有42515個(gè)unigenes被注釋到公共蛋白數(shù)據(jù)庫(kù)。其中35198個(gè)被注釋到生物學(xué)過程、分子功能和細(xì)胞組分GO類別的58個(gè)功能組,14619個(gè)Unigenes匹配到25類COG功能組,23741個(gè)Unigene被富集到128個(gè)KEGG代謝通路。這些代謝通路揭示了一些新的轉(zhuǎn)錄本,為芒果果實(shí)發(fā)育和成熟過程研究提供了豐富的分子生物學(xué)信息,為進(jìn)一步的基因功能、全基因組測(cè)序等研究奠定基礎(chǔ)�；诿⒐D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),進(jìn)行紅芒6號(hào)成熟果實(shí)的蛋白全譜分析(基于LTQ-Orbitrap CID的LC-ESI-MS/MS分析),共鑒定出7586個(gè)肽段,可以匹配到2754個(gè)蛋白(數(shù)據(jù)庫(kù)登錄號(hào)PXD000808和DOI (http://dx.doi.org/10.6019/PXD000808)。所鑒定蛋白的分子量范圍從3.72KDa401KDa。其中17個(gè)蛋白質(zhì)匹配到芒果已有的序列,包括八氫番茄紅素合成酶、蔗糖合成酶、小熱激蛋白等,這些蛋白參與碳水化合物代謝、蔗糖代謝、果實(shí)軟化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程。2、基于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果,篩選出芒果花色苷合成過程中的相關(guān)結(jié)構(gòu)基因和MYB基因。分析了14個(gè)不同色澤芒果品種的果皮色素含量,非紅皮品種的葉綠素和類黃酮含量高于紅皮品種,果皮花色苷濃度從0到15.96mg/100g FW。根據(jù)果皮顏色和色素將芒果分為不同著色類型：非紅皮品種椰香芒、白象牙、桂熱82、桂香、陵水、青皮、粵西1號(hào)、中間類型品種臺(tái)農(nóng)1號(hào)和金煌,紅皮品種熱農(nóng)2號(hào)、熱農(nóng)1號(hào)、紅瓦城、Zillate、R2E2。通過花色苷生物合成的結(jié)構(gòu)基因和MiMYB基因的表達(dá)模式研究發(fā)現(xiàn),紅皮品種MiC4H、Mi4CL2、MiANS、MiUFGT 2基因表達(dá)顯著高于非紅皮品種。紅皮品種花色苷含量與MiPAL顯著正相關(guān)。非紅皮品種花色苷含量與MiC4H、Mi4CL2和MiUFGT 2呈顯著正相關(guān),與Mi4CL和MiMYB基因呈極顯著正相關(guān)。3、以Zill(紅芒6號(hào))和Dashehari(椰香芒)為材料,研究未套袋果與套袋果果皮色素、色澤變化及花色苷合成相關(guān)基因的表達(dá)變化。未套袋果的葉綠素、類胡蘿卜素含量在成熟后期呈下降趨勢(shì),而套袋果重新曝于自然光下,葉綠素、類胡蘿卜素呈升高趨勢(shì)；花色苷含量均呈現(xiàn)升高的變化趨勢(shì),類黃酮含量均呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。對(duì)紅芒6號(hào),套雙層袋顯著抑制了MiC4H、Mi4CL2、MiF3'H、MiUFGT1和MiMYB基因的表達(dá)。Mi4CL2、MiF3H2、MiDFR、MiANS、MiUFGT 2、MiMYB基因受到光照誘導(dǎo)表達(dá)量迅速上升,在去袋4天均達(dá)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天時(shí)表達(dá)量升至最高,與除袋10天時(shí)花色苷含量升至最高的趨勢(shì)相一致。相關(guān)分析表明,花色苷含量與MiPAL、 MiCHI基因呈顯著正相關(guān)。對(duì)椰香芒,套袋果的果皮明亮度、色彩濃度顯著高于未套袋果,而色度角顯著低于未套袋果。外黃內(nèi)黑復(fù)合紙雙層袋促進(jìn)了MiCL、MiDFR、MiANS、 MiUFGT2基因上調(diào)表達(dá),抑制了MiC4H、MiF3'H、MiCHI、MiMYB基因的表達(dá)。椰香芒套雙層袋后重新曝于自然光下,花色苷合成相關(guān)基因的表達(dá)量均較低,且明顯低于紅芒6號(hào),MiPAL、MiC4H、Mi4CL2、MiF3H1、MiF3'H、MiUFGT 1、MiUFGT 2基因受到光照誘導(dǎo)呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì),10天或完熟時(shí)表達(dá)量最大。4、以光不敏感品種Ono和光敏感品種熱農(nóng)1號(hào)芒果為試材,基于紅芒6號(hào)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果研究了未套袋果與套雙層袋果果皮的基因表達(dá)譜變化。結(jié)果表明,Ono芒果對(duì)套雙層袋的反應(yīng)比熱農(nóng)1號(hào)要復(fù)雜得多,與未套袋果相比,Ono套雙層袋誘導(dǎo)1349個(gè)基因上調(diào)表達(dá),抑制2148個(gè)基因表達(dá)；而熱農(nóng)1號(hào)誘導(dǎo)355個(gè)基因上調(diào)表達(dá),抑制481個(gè)基因表達(dá)。這些差異表達(dá)基因在兩個(gè)品種中呈現(xiàn)相同或相反的調(diào)控模式,差異表達(dá)的基因如PAL、CHS、 C4H、F3H、CHI、F3'5'H、LDOX、UFGT啾鑒定,26個(gè)MYBs、4個(gè)bHLHs、1個(gè)WD40基因也差異表達(dá)。植物生理節(jié)律代謝途徑的LHY/CCA1家族基因,光合生物固碳途徑中的FBPase/SBPase、RK、GAPDH,光合作用途徑中相關(guān)基因及泛素介導(dǎo)蛋白水解途徑中COP1基因也有表達(dá)差異。本研究為芒果果實(shí)成熟期基因表達(dá)譜變化和深入了解光敏感和不敏感芒果品種果皮花色苷合成和著色差異提供有價(jià)值的信息。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S667.7

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本文編號(hào)：1171813