【摘 要】
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杏(Prunus armeniaca L.)果实色泽艳丽、营养丰富,是一种广泛栽培的温带落叶果树,新疆具有十分丰富的杏种质资源,是我国乃至世界杏的主产区。类胡萝卜素种类的多少及含量的高低均对杏果实的商品性和营养性有较大影响。本研究通过UHPLCMS/MS(超高效液相串联质谱法)对53份新疆杏种质资源果实中类胡萝卜素的种类及含量进行了检测;通过高效液相串联质谱技术、透射电镜、转录组学、实时荧光定量等
【基金项目】
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新疆维吾尔自治区园艺重点学科基金(项目编号:2016-10758-3),课题主持人:廖康教授,新疆农业大学林学与园艺学院; 2020年新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目:杏果肉类胡萝卜素积累及分子机理研究(XJ2020G137),课题主持人:廖康教授,新疆农业大学林学与园艺学院;
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杏(Prunus armeniaca L.)果实色泽艳丽、营养丰富,是一种广泛栽培的温带落叶果树,新疆具有十分丰富的杏种质资源,是我国乃至世界杏的主产区。类胡萝卜素种类的多少及含量的高低均对杏果实的商品性和营养性有较大影响。本研究通过UHPLCMS/MS(超高效液相串联质谱法)对53份新疆杏种质资源果实中类胡萝卜素的种类及含量进行了检测;通过高效液相串联质谱技术、透射电镜、转录组学、实时荧光定量等技术对‘库车白杏’和‘树上干杏’2个品种果实中类胡萝卜素积累的生理和分子机理进行了研究。主要内容和结果如下:(1)基于UHPLC-APCI-MS/MS的代谢组学方法对41个新疆栽培杏品种和3个居群的12份野生杏果实进行了类胡萝卜素定性和定量分析。在成熟果实的果皮和果肉中一共鉴定了13种类胡萝卜素,包括β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、八氢番茄红素、α-胡萝卜素、紫黄质、γ-胡萝卜素、ε-胡萝卜素、β-阿朴胡萝卜素醛、α-隐黄质、番茄红素、新黄质和β-隐黄质。41个栽培杏品种果实中总类胡萝卜素含量为20.983μg/g FW~320.278μg/g FW,β-胡萝卜素和八氢番茄红素在果实中的含量分别为7.356μg/g FW~176.000μg/g FW和4.970μg/g FW~93.600μg/g FW。12份野生杏果实中总类胡萝卜素含量为70.120μg/g FW~430.006μg/g FW,β-胡萝卜素和八氢番茄红素在果实中的含量分别为34.900μg/g FW~200.600μg/g FW和18.700μg/g FW~232.000μg/g FW。果实颜色为橙色品种,含有较高的类胡萝卜素,而果实颜色为白色或浅黄色品种,其总类胡萝卜素含量最低。新疆杏果实中主要的类胡萝卜素是β-胡萝卜素和八氢番茄红素。研究发现类胡萝卜素在果皮中的含量要高于果肉中的含量。另外,野生杏果实中类胡萝卜素含量普遍高于栽培杏果实中的类胡萝卜素。果实中类胡萝卜素具有较丰富的代谢多样性。(2)随着果实的成熟,‘库车白杏’和‘树上干杏’2个品种果皮的颜色分别由绿色变为浅黄色和橙色,果肉的颜色分别由绿色变为白色和橙色,从2个杏品种果皮和果肉的4个发育时期共鉴定出14种类胡萝卜素和27种类胡萝卜素脂。在果实发育过程中,不同种类的类胡萝卜素在2个杏果实果皮中呈现出不同的变化趋势。2个杏品种果皮中的总类胡萝卜素含量在S3时期开始呈现出明显的差异,在S3时期,总类胡萝卜素含量分别为87.495μg/g FW和221.045μg/g FW,在S4时期,‘库车白杏’和‘树上干杏’果实果皮中总类胡萝卜素含量的差异倍数将近5倍,含量分别为105.264μg/g FW和497.760μg/g FW。2个品种果肉中的总类胡萝卜素含量在S3时期开始呈现出明显的差异,在S4时期2个品种果实果肉中的类胡萝卜素差异达到最大,‘库车白杏’和‘树上干杏’果实果肉中总类胡萝卜素含量的差异倍数为24倍,而造成2个品种果肉中总类胡萝卜素差异较大的物质是八氢番茄红素和β-胡萝卜素。通过透射电镜对果肉质体的发育情况观察后发现,在发育后期,‘树上干杏’果肉中质体小球的数量远远多于‘库车白杏’果肉中质体小球的数量。(3)通过对2个品种果肉的24个样本进行转录组测序(RNA-seq)分析,总测序质量为162.83 Gb;每个样品的Clean Data均大于6 Gb。从‘树上干杏’和‘库车白杏’果肉的4个时期中共获得881个共有差异基因,鉴定出了25个与类胡萝卜素合成相关的结构基因,GGPS、PSY、ZDS和Z-ISO、LCYE和NCED1基因表达量的高低与杏果肉中类胡萝卜素含量呈正相关,CCD4基因与类胡萝卜素呈负相关。(4)利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,对‘树上干杏’和‘库车白杏’2个品种果实果肉在发育过程中15个类胡萝卜素合成相关基因的相对表达量变化进行分析,2个杏品种果肉中,不同的基因在不同时期的表达量是有差异的,且在同一时期基因表达量也是存在差异。另外,通过比较所有样本中基因的qRT-PCR和RNA-seq数据的Pearson相关系数可知,基因的表达模式与RNA-seq表现出较高的相关性,其变化趋势基本一致,证实了本研究的测序数据有效可靠。
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