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砂梨果实山梨醇积累特点与关键基因分析

戴美松  
【摘要】:山梨醇是梨果实重要品质组分之一,有报道表明果实水心病(watercore)与山梨醇含量或转运异常有密切联系。本研究以早熟砂梨(Pyrus pyrifolia Nakai)新品种‘翠玉’和主栽品种‘翠冠’为试材,在分析了果实套袋、大棚促成栽培等措施,以及采后贮藏条件下果实山梨醇及其它可溶性糖含量变化的基础上,重点从全基因组水平研究了山梨醇脱氢酶(SDH)与山梨醇转运蛋白(SOT)基因家族成员结构特点及在果实糖分积累中的作用。应用RNA-Seq技术对水心病感病品种‘中梨4号’果实水心病组织与非水心病组织的相关基因转录差异进行了对比分析。主要结果如下:1.山梨醇占‘翠冠’和‘翠玉’梨幼果果实可溶性糖的50%以上,在成熟果实中占30%以上。套黑色双层纸袋处理显著降低了‘翠冠’梨果实的山梨醇含量,但对“翠玉”梨无明显影响。套黑色无纺布袋处理增加了两品种果实的山梨醇含量,葡萄糖和果糖也有所增加,蔗糖含量则显著下降。套白色无纺布袋处理对‘翠冠’梨山梨醇含量无明显影响,但显著降低了‘翠玉’梨的山梨醇含量。大棚栽培内果实葡萄糖、果糖含量在发育期间始终高于露地对照,峰值出现时间无差异,但山梨醇积累峰值出现延后现象。25℃贮藏期间两品种果实的葡萄糖和果糖含量快速上升,山梨醇含量快速下降,但蔗糖含量在‘翠冠’中呈下降趋势,在‘翠玉’中呈上升趋势。4℃贮藏期间两品种葡萄糖和果糖含量都呈持续上升趋势,蔗糖含量呈缓慢下降趋势,山梨醇含量无明显变化。综合考虑其它品质指标后建议在‘翠冠’和‘翠玉’梨生产上分别使用白色无纺布袋和黑色无纺布袋; ‘翠冠’与‘翠玉’梨果实的最长贮藏期分别为30 d和50 d左右。2.从‘翠玉’梨果实中共鉴定出14个Ppy SDH成员和22个PpySOT家族成员,其中有6个PpySDH成员(PpySDH2, PpySDH4, PpySDH8, PpySDH12, PpySDH13和PpySDH14)的表达丰度之和占SDH基因总表达量的96%以上,有10个PpySOT成员(PpySOT2、PpySOT3、PpySOT4、PpySOT8、PpySOT10、PpySOT25、PpySOT26、PpySOT28、PpySOT32和PpySOT33)的表达量之和占SOT基因总表达量的92%。PpySDH成员在功能叶的叶柄表达最强,在成熟果实中起主要作用的是PpySDH2、PpySDH4和PpySDH14。'翠冠’果实中PpySDHs相对表达丰度显著高于‘翠玉’,推测是形成两品种果实可溶性糖组分含量与比例差异的重要原因。PpySOT8在所有组织和器官中都有不同程度表达,PpySOT26仅在幼叶中有一定表达。在果实发育期间PpySOT2、PpySOT8、PpySOT10/28和PpySOT33相对表达丰度与果实山梨醇积累呈现良好相关性。4℃贮藏期间果实山梨醇含量趋于下降,与PpySOT3、PpySOT4、PpySOT8、PpySOT25、PpySOT32和PpySOT33等6个成员表达上调相关。3.‘中梨4号’果实于盛花后第100 d时开始出现水心病发病症状,GA3+7处理果实在盛花后第75 d即出现发病症状。发病果实健康部位的山梨醇含量无明显差异,蔗糖含量高于发病部位,葡萄糖和果糖含量低于发病部位。RNA-Se q测序结果表明全部PpySOT基因家族成员在水心病健康部位与发病部位的相对表达丰度无差异,有3个PpySDH基因家族成员的表达活性在发病部位受到显著抑制。在水心病健康部位和发病部位间共有1,016条差异表达基因,其中有848条上调表达、168条下调表达;GA处理后的健康部位和发病部位间共有934条差异表达基因,其中828条上调表达、106条下调表达。EGG pathway富集分析结果表明这些差异基因分布在60多条代谢途径中,其中在糖酵解/糖异生、酪氨酸和脂肪酸代谢这3条途径中有显著富集。蛋白质互作分析结果显示互作基因主要来自于糖酵解/糖异生途径中的差异基因。


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