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柑橘果实转色的叶绿素和类胡萝卜素代谢基础

彭刚  
【摘要】:柑橘是我国重要的经济水果之一。其果实色泽转变一方面标志着果实完全成熟,另一方面作为外观品质指标,直接影响柑橘商品价值。过去研究显示果实色泽转变过程主要是由于果皮中叶绿素含量减少和类胡萝卜素含量增加,导致果皮颜色从绿色转变为黄色或橙黄色。本文通过总结柑橘及其他植物脱绿的研究结果,进一步分析了不同条件下柑橘果实转色过程中叶绿素代谢和类胡萝卜素合成途径中相关调控位点的分子表达变化。具体研究结果如下: 1、自然发育与成熟过程中,椪柑果皮叶绿素含量逐渐减少。基因表达结果显示果实生长发育过程中,CitPaO (脱镁叶绿酸α氧化酶)和CitSGR(保绿蛋白)基因表达水平相对恒定,CitNYC(叶绿素b还原酶)也无明显变化,但CitChlase(叶绿素降解酶)则逐渐降低。这表明叶绿素降解能力降低。相反CitCHLH(镁离子螯合酶H亚基)和CitCABs的表达量则与叶绿素含量变化趋势相同。采后乙烯处理加速了叶绿素降低。基因表达结果显示CitPaO、CitCHLH和CitSGR基因未受到明显影响。但乙烯却显著性提高了CitNYC和CitChlase的表达量,特别是CitChlase。此外乙烯处理还抑制了CitCABs表达,且与叶绿素降解存在较强的相关性。以上结果表明,叶绿素g/b结合蛋白通过影响叶绿素分子存在状态也参与了调控柑橘果皮叶绿素含量的变化。乙烯处理后加速了柑橘果皮叶绿素降解与CitChlase和CitNYC基因的转录增强有关。 2、贮藏过程中,光照处理6天后导致椪柑果皮色泽由绿色转变黄色,同时果皮CCI值提高。该过程中叶绿素不断减少和类胡萝卜素逐渐积累。HPLC分析结果表明不同类型的类胡萝卜素对光照响应不同。光照后,椪柑果皮中八氢番茄红素和p-玉米黄质含量明显高于暗条件下的果实。另外光照处理加快了p-胡萝卜素含量的减少。基因表达结果显示,尽管光照诱导了CitCHLH表达,但下游基因CitPORA(原叶绿素酸酯氧化还原酶A亚基)转录未受影响,从而限制了叶绿素的合成。另一方面,光照使得CitRCCR(红色叶绿素代谢产物还原酶)表达量迅速提高且维持在恒定状态,导致果皮叶绿素降解能力提高。此外,光照处理明显提高了类胡萝卜素合成上游基因CitPSYl(八氢番茄红素合成酶)和CitIPI(异戊烯二磷酸异构酶)的表达量,加强果皮类胡萝卜素积累。这些结果表明贮藏过程中光照能通过调控相关基因表达变化,加快果皮叶绿素减少和类胡萝卜素积累,进而影响果实转色进程。 3、利用Affymetrix商业柑橘基因组芯片、NCBI数据库和甜橙基因组数据库,发现在柑橘中1-脱氧-木酮糖-5-磷酸合成酶(DXS)和八氢番茄红素合成酶(PSY)两个基因家族,各含有3个成员。组织特异性表达结果显示所有组织中CitDXSl和CitPSYl表达量最高;其次是2号成员;3号成员未检测到。在温州蜜柑和脐橙果实发育过程,CitDXSl和CitPSYl的转录变化与果肉类胡萝卜素的积累趋势相一致。在果皮中CitPSYl表达依然与其存在良好的正相关,但CitDXSl则相关性较弱。在16个柑橘品种中,果实类胡萝卜素含量与基因表达丰度相关性分析也得到了类似结论。以上结果可以得出CitDXSl和CitPSYl是其基因家族中最重要的成员,并控制着柑橘果实类胡萝卜素合成。此外质体分析结果显示质体形状、单位数量、大小和颜色深度与柑橘果肉类胡萝卜素含量也存在良好的相关性。


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