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桃PpCuPAO和PpPAO基因发掘及在果实发育和成熟过程中的表达分析

姚腾飞  
【摘要】:桃是呼吸跃变型果实,采摘后会迅速出现呼吸高峰。在贮藏过程中,果实极易腐烂变质,贮藏期短,严重影响了桃的商品性,使其经济价值大大降低。多胺(Polyamine)是普遍存在于高等植物中的一类生长调节剂,广泛参与植物生长发育、果实成熟、生物和非生物胁迫等过程。多胺在果实发育前期含量较高,伴随着果实成熟过程,多胺含量迅速降低。有研究表明多胺分解在果实成熟中发挥重要作用。多胺分解代谢主要由铜胺氧化酶(CuAO)和多胺氧化酶(PAO)两类酶催化完成。目前CuAO和PAO在桃中还没有相关研究报道。本研究以‘黄水蜜’桃为实验材料,首先通过测定果实发育过程中直径变化绘制出果实生长曲线。然后选取了果实成熟的关键时期,进行外源亚精胺(Spd)和多胺分解抑制剂(AG)处理,并测定不同处理下果实硬度、可溶性性固形物、内源乙烯和生长素含量等生理指标,结果显示Spd和AG处理可以明显延缓桃果实成熟。随后利用转录组测序技术分析桃果实成熟软化相关代谢途径基因表达变化,解析多胺分解在桃果实成熟中的作用机理。同时利用已经释放的桃基因组数据库信息挖掘桃PpCuAO和PpPAO基因家族成员,采用信息学分析了其进化关系、基因结构、染色体分布等基本信息。同时分析了PpCuAO和PpPAO基因在不同组织和器官中的表达情况。并且分析了PpCuAO和PpPAO基因在桃果实生长发育和成熟时期的表达情况,并筛选出桃果实成熟过程中多胺分解关键基因,为进一步开展多胺分解在桃果实成熟中的功能打下基础。主要研究结果如下:1.胺分解抑制剂处理对桃果实成熟影响。‘黄水蜜’果实生长曲线测定显示其果实发育呈现典型的双“S”形曲线(S1、S2、S3和S4)。在果实发育的S3时期采用2 m M Spd、1和5m M AG处理,发现Spd和AG均可明显延缓桃果实成熟。与对照相比,Spd和AG处理下桃果硬度在S3和S4时期均显著高于对照水平。而可溶性固形物含量测定显示Spd、AG和对照处理下果实可溶性固形物含量无明显区别。同时乙烯释放量测定显示Spd和AG处理下,果实乙烯释放量均显著低于对照水平。此外,生长素(IAA)含量测定显示Spd和AG处理下果实IAA水平显著高于对照,尤其是Spd处理下效果最为明显。同时分析了乙烯和生长素合成及信号转导、细胞壁降解等代谢路径基因表达情况。上述结果说明多胺分解能够通过影响乙烯、生长素及细胞壁降解等参与果实成熟调控。2.桃PpPAO基因挖掘及表达分析结果可知,氨基酸序列比对共发现4个桃PAO候选基因,分别命名为PpPAO1、PpPAO2、PpPAO3和PpPAO4,它们分别位于2、3和7三条染色体上,根据亲缘关系可将PpPAO基因分为两大类。PpPAO基因根中表达量较花、嫩叶叶和老叶的表达量高。PpPAO基因表达也受到外源多胺处理的诱导,根据前人研究和其表达模式推测PpPAO1和PpPAO4基因可能参与多胺末端分解代谢,而其余PpPAO2和PpPAO3基因可能参与多胺回复反应代谢。在果实发育和成熟过程中的表达分析显示PpPAO1-3基本成上调表达趋势,尤其是PpPAO1上调较明显(除S3/S4),而PpPAO4基因在在整个生长发育及成熟过程中呈下调表达趋势。3.桃PpCuAO基因挖掘及表达分析结果可知,氨基酸序列比对共得到4个桃CuAO候选基因,分别命名为PpCuAO1、PpCuAO1、PpCuAO3、PpCuAO4),分别位于1和5两条染色体上,编码区大小分别从1389 bp到2328 bp。等电点和相对分子量预测结果显示桃CuAO蛋白等电点范围为6.11-8.77,相对分子量为52.1-82.8 k Da。亲缘关系分析显示PpCuAO基因家族成员可以分为两类。PpCuAO拥有植物CuAO高度保守的33个氨基酸残基,并且含有C端或者N端信号肽序列。组织特异表达分析发现PpCuAO1和PpCuAO2在根中表达量较高,PpCuAO1和PpCuAO2在花中表达水平较低。在果实发育和成熟过程中的表达分析显示仅有PpCuAO2基因在S2-S3时期表达显著上升,而随后迅速降低。PpCuAO1、PpCuAO3和PpCuAO4在整个过程均呈现下调表达趋势,而PpCuAO3和PpCuAO4在S4时期表现出显著上升趋势。


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