基于转录组的高浓度CO2诱导柿果实乙醛代谢的机制研究

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涩柿果实在生长发育过程中不断积累单宁,导致果实成熟后仍具涩味。高浓度CO2被证明是脱涩最有效的方法,然而,该处理在不同品种间呈现不同效果,其内在的分子机制仍不明晰。柿(Diospyro kaki Thunb.)果实涩味主要由可溶性单宁引起,而高浓度CO2被证明通过诱导乙醛代谢,促使乙醛结合可溶性单宁,进而实现脱涩。为进一步探究脱涩分子机制,本研究从果实内源乙醛代谢入手,研究‘老皮革’(‘Laopige’,LPG)、‘石家庄莲花柿’(‘Shijiazhuanglianhuashi’,SJZLHS)、‘洛阳方天生柿’(‘Luoyangfangtianshengshi’,LYFTSS)三个品种柿果实转录组数据与碳水化合物代谢和乙醛产生之间的关系。主要结果如下:1.不同品种果实内源乙醛、乙醇含量差异及转录组数据概况。测定果实乙醛和乙醇含量发现,‘石家庄莲花柿’和‘洛阳方天生柿’的乙醛和乙醇含量均高于‘老皮革’,且‘老皮革’果实无法检测到乙醛。转录组数据分析结果显示,‘石家庄莲花柿’和‘洛阳方天生柿’果实中的差异表达基因功能与‘老皮革’的不尽相同,且‘石家庄莲花柿’和‘洛阳方天生柿’果实中受高浓度CO2(95%CO2)诱导上调的基因数量高于‘老皮革’。上述结果从生理和转录水平均表明,‘老皮革’对高浓度CO2处理的响应弱于‘石家庄莲花柿’和‘洛阳方天生柿’。2.转录组的加权基因共表达网络分析(Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA)和碳水化合物代谢差异分析。通过WGCNA筛选出一个基因模块,其表达趋势与乙醛和乙醇的含量显著相关(P<0.001)。模块中碳水化合物代谢途径的差异表达基因在不同品种中对比分析发现,代谢途径的结构基因表达与乙醛含量呈正相关。对代谢的前体物质测定表明,除苹果酸外,蔗糖、葡萄糖和果糖在品种之间差异并不明显,而苹果酸含量较低,其造成乙醛差异的可能性较小。对碳水化合物代谢的中间产物测定显示,磷酸果糖激酶的下游产物在‘石家庄莲花柿’和‘洛阳方天生柿’中明显增加,且其他的中间代谢物质在‘洛阳方天生柿’明显上升。这一结果说明,不同品种间的乙醛差异可能是由碳水化合物代谢的中间产物和基因表达造成的。3.利用不同品种验证碳水化合物代谢基因与乙醛产生的关系。在前面研究的3个品种基础上,收集了另外14个涩柿品种果实,分别是‘眉县横渠马奶头’、‘邢台台柿’、‘黎城绵柿’、‘绵瓤柿’、‘郧阳瓦罐柿’、‘四沟柿’、‘箍乙柿’、‘户县火罐柿’、‘急柿’、‘三原烧柿’、‘小合柿’、‘稷山罕新’、‘二尼子’和‘临潼板柿’。经高浓度CO2处理后,这些果实的乙醛含量也呈现较大差异(30.4~255.5μg/g FW)。进一步测定9个代谢候选基因在不同品种中的表达,且分析了基因表达与乙醛含量之间的相关性,结果表明,碳水化合物代谢中的Dk PFK1与不同品种果实中的乙醛含量的相关性最高。综上所述,通过转录组和物质代谢差异数据分析,认为差异表达的碳水化合物代谢相关基因(尤其是PFK)是导致不同柿品种乙醛差异的分子基础之一。
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