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《暨南大学》 2017年
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基于RNA-Seq的南瓜果实重要品质形成的代谢和分子调控研究

王安君  
【摘要】:中国南瓜和印度南瓜(2n=Zx=40)是葫芦科(Cucurbitaceae)南瓜属(Cucurbita)的两个栽培种,在品质方面存在较大差异。本研究以口感差异大的中国南瓜CMO-X、CMO-E和印度南瓜CMA为实验材料,进行南瓜果实甜度、质地和果肉颜色形成的关联代谢物分析,并利用转录组技术开展关联代谢物和降血糖功能物质肌醇的代谢合成的分子调控研究,挖掘代谢物合成的关键酶基因。通过HPLC测定3个南瓜材料6个不同发育时期的糖类、类胡萝卜素和肌醇的积累情况,分析甜度不同的CMO-X、CMO-E和CMA的葡萄糖、果糖和蔗糖组成和含量发现CMO-X的蔗糖含量和组成比例最高,表明蔗糖对南瓜的甜度贡献最大,蔗糖含量越高果实越甜;比较橙黄果肉CMO-X和CMA及黄色果肉CMO-E的α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、叶黄素、新黄素、黄堇黄素和玉米黄质的组成和含量发现类胡萝卜素的组成差异导致南瓜果肉颜色的不同,高叶黄素组成比例果肉为黄色,高α-胡萝卜素和β-胡萝卜素组成比例果肉为橙黄色;肌醇含量分析发现CMO-E在各个时期的肌醇含量均高于CMO-X和CMA对应时期的含量。通过碱法提取淀粉,用双波长比色法和扫描电镜技术分析淀粉组成、含量和形态发现支链与直链淀粉的比例及淀粉形态与南瓜果肉的紧实、粉性和糯性质地有关,高支链淀粉比例可导致糯性增加,淀粉颗粒越小质地越粉、紧实和细腻。通过本研究首次筛选获得富含叶黄素和肌醇且质地糯而粉口感独特的南瓜育种材料CMO-E,并且挖掘获得与果实品质重要品质关联的代谢物。利用RNA-Seq的转录组测序技术,对不同发育时期的三个材料的南瓜果实进行高通量测序,首次拼接获得中国南瓜和印度南瓜两个栽培种果实的De novo转录组,以此为基础分析三个材料品质形成的代谢通路,深入探索南瓜果实糖类、淀粉、类胡萝卜素和肌醇的合成调控网络,筛选出代谢调控网络中显著差异表达基因蔗糖和淀粉代谢途径共12个,类胡萝卜素代谢途径共10个,肌醇代谢途径共2个。结合RT-PCR验证中国南瓜CMO-X和CMO-E差异基因表达量与相关代谢物含量间关系,南瓜品质形成的分子调控研究得知,蔗糖和淀粉组成和含量差异的关键基因是SUS、SPS、UGPase、GBSS、SS和SBE,类胡萝卜素组成和含量差异的关键基因是PSY、BOH、EOH、LCYB和LCYE,肌醇含量差异的关键基因是MIPS1。本研究利用代谢组和转录组技术首次进行了中国南瓜和印度南瓜不同栽培种间及中国南瓜不同材料间重要品质性状——甜度、质地和果肉颜色的相关代谢物挖掘,并关联组学研究相关代谢物和重要营养功能物质在代谢合成中的分子调控机制挖掘关键酶基因,为进一步研究品质有关代谢物的合成调控机制研究奠定理论基础,为筛选材料和利用分子辅助育种技术开展南瓜品质育种提供重要的理论基础。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S642.1;Q943.2

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