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《西南大学》 2017年
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基于转录组学杏果实风味、色泽品质形成相关基因挖掘及转录调控网络解析

张秋云  
【摘要】:杏(Prunus armeniaca L.)是一种重要的蔷薇科果树,其果实不仅以色、香、味为消费者带来视觉、嗅觉、味觉上的饕餮盛宴,还以其蕴含的丰富营养物质满足人体日常所需。在这些诸多品质因子中,风味和色泽具有引领消费的作用,故此深入挖掘杏果实风味、色泽品质形成相关的基因,解析其转录调控机制对于杏果实品质改良和调控都具有重要科学和实践意义。本研究以新疆杏为研究材料,采用高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)和气相色谱-质谱联用技术(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)检测分析了风味品质变化显著的红色果皮佳娜丽在果实成熟过程中可溶性糖、有机酸和香气成分的组成和含量变化;使用HPLC鉴定分析了果实发育和成熟过程中三种不同色泽类型6个品种中类胡萝卜素的组成和含量。并借助Illumina Hiseq 2000平台,对佳娜丽杏和轮台小白杏果实进行转录组测序(RNA-sequencing),通过同源比对和WGCNA(Weighted Gene Co-expression Network Analysis)分析鉴定了杏果实风味、色泽品质形成相关的结构基因和转录因子,并初步构建了转录调控网络。主要结果如下:1.杏果实主要的可溶性糖为蔗糖、果糖、山梨醇和葡萄糖,成熟期果实的蔗糖占总糖含量的60%。通过整合转录组和代谢组数据,共鉴定得到了25个糖代谢相关的差异表达结构基因。其中,PaSPS、PaSUS、PaIvr、PaHXK、Pa FRK和PaPFK1为促进成熟过程中糖含量合成积累的关键基因。杏果实主要的有机酸为苹果酸、奎宁酸、柠檬酸,成熟果实的苹果酸占总酸比例的66.80%。共鉴定出39个有机酸代谢相关的差异表达结构基因,其中,PaNAD-MDH、PaPK、PaPDC、PaPEPC、PaACO、PaSDH、PaSTK、PaIDH是导致成熟果实有机酸含量下降的关键基因。同时,本研究鉴定出19个糖转运蛋白和5个酸转运蛋白,其中,PaSWEET、PaSTP、PaERDL和PaALMT、PaSFC1参与果实的糖、酸转运。2.β-紫罗酮、γ-癸内酯、乙酸己烯酯等是杏果实特征性香气成分,且含量在果实成熟期间显著增加。转录组分析表明,Pa FAD是脂肪酸代谢途径中形成内酯的关键基因,PaLOX是甲羟戊酸途径中形成酯类的关键基因,PaCCD是萜类途径中脱辅基类胡萝卜素类香气成分形成的关键基因。在这些基因的协同作用下,萜类香气成分和C6化合物随着果实成熟含量降低,脱辅基类胡萝卜素类香气成分、内酯和酯的含量升高。3.网络分析发现,WGCNA分析中“red”“cyan”“blue”这三个模块与风味化合物密切相关。基于WGCNA的共表达网络构建及Cytoscape的可视化共确定了15个调控风味品质的转录因子和6个脱落酸受体因子。PaERF、PaABAR、PaMADS-box等转录因子参与调控杏果实风味化合物的积累。4.从三种不同色泽类型的杏果实中,共鉴定出6种类胡萝卜素,包括:紫黄质、叶黄质、新黄质、八氢番茄红素、β-隐黄质和β-胡萝卜素。其中紫黄质和叶黄质的含量随着果实成熟呈下降趋势,新黄质、八氢番茄红素、β-隐黄质、β-胡萝卜素的含量升高。β-胡萝卜素、β-隐黄质在红橙色品种红玉杏、旦杏中的含量显著高于黄色品种和浅黄色品种。因此,β-胡萝卜素、β-隐黄质可能是杏果实中红色、橙色的主要显色色素,且浓度越高,颜色越深。转录组数据分析发现,“blue”“lightgreen”模块与红色品种佳娜丽的类胡萝卜素积累显著相关,“blue”“turquoise”模块与轮台小白杏的类胡萝卜素积累显著相关。Pa DXS、PaPSY、PaCRTISO、Pa LCYB、PaCHYB、PaNCED为调控杏果实中类胡萝卜素代谢的关键基因,其中PaCCD4对色泽形成起显著的负调控作用。鉴定出3个PaCCD4基因,且PaCCD4在轮台小白杏白色果肉中的表达高于佳娜丽红黄色果皮的表达,因此,PaCCD4在白色果肉形成中有重要作用。5.基于网络分析共鉴定出3个乙烯相关的转录因子PaAP2、2个吲哚乙酸相关的PaARF4、6个油菜素内酯相关的PaBZR1、3个植物激素相关的PaPIF1、2个质体相关的PaGLK2、光信号转导相关的4个PaDDB1、9个PaCOP1。其中,PaAP2、PaARF4、PaBZR1、PaGLK正向调控类胡萝卜素积累,而PaPIF1、PaDDB1、PaCOP1对类胡萝卜素积累起负调控作用。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S662.2

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