光照对柑橘果实类胡萝卜素积累的调控作用研究

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柑橘作为世界四大水果之一,不仅因其丰富的色彩和果形广受消费者喜爱,更因其蕴含丰富的营养物质和独特的健康功效为人们提供日常所需。其中,类胡萝卜素不仅是柑橘果实的主要呈色物质,也是重要的营养功能成分,故探究果实类胡萝卜素代谢调控具有重要的理论和实践价值。光照调节是一种环境友好型的物理调控方式,不会对果实造成伤害,且条件容易控制,在改善果实品质方面具有广泛的应用前景。柑橘中的葡萄柚和甜橙富含类胡萝卜素,成为研究果实类胡萝卜素代谢的良好材料。本研究通过对发育过程中葡萄柚不同透光处理和采后甜橙果实的LED(Light Emitting Diode)处理,采用高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)鉴定分析了各处理条件下果实类胡萝卜素的组成和含量变化,借助Illumina对果实进行了转录组测序(RNA-sequencing),利用WGCNA和GO、KEGG等方法挖掘与光调控类胡萝卜素代谢相关的候选基因,并基于基因表达和类胡萝卜素积累的关联分析,初步构建了光信号调控柑橘果实类胡萝卜素代谢的基因网络,并基于全基因组,对其中一类重要的hub基因光敏色素作用因子(phytochrome-interacting factors,PIFs)的家族成员进行了功能预测及启动子区域顺式作用元件预测。主要结果如下:1.发育过程中完全遮光(DS)、红光(RL)、蓝光(BL)和白光(WL)透光处理对果实类胡萝卜素积累有明显影响,类胡萝卜素组分对各处理的响应不尽相同。果实转色前各透光处理对类胡萝卜素积累的影响相对较小,转色期后红光和蓝光显著促进了类胡萝卜素的积累(p<0.05)。2.采后不同LED(完全遮光DS、红光RL、蓝光BL和白光WL)连续6天光照处理中,类胡萝卜素积累对各种光照处理具有不同的响应。红光和完全遮光显著促进了类胡萝卜素的积累,而蓝光处理降低了类胡萝卜素的含量,但与对照无显著差异,白光处理导致果实中类胡萝卜素含量的显著下降(p<0.05)。3.基因共表达网络分析(WGCNA)结果显示,与类胡萝卜素代谢相关的转录因子家族主要包括AP2-EREBP、C3H、HSF、MYB、NAC、WRKY及b HLH亚家族PIFs,这些转录因子通过直接调控类胡萝卜素代谢酶基因包括IPI、Z-ISO、ZDS、ZEP、NXS、CCS、CYP97C和NCED3的表达来介导发育过程中红光和蓝光对葡萄柚果实中类胡萝卜素积累的调控。4.GO分类和KEGG富集分析发现,NAC、MYB、AP2-EREBP和b HLH等转录因子家族参与采后类胡萝卜素的代谢调控,采后果实经红光和遮光处理后,结构基因中ZDS、CRTISO、ZEP和CCD1表达量上调,CCD1、CCD4和NCED3显著下调,这些基因成为红光和遮光处理调控甜橙果实类胡萝卜素代谢的代谢的重要候选基因。5.基于甜橙全基因组,共鉴定到9个光敏色素作用因子(PIFs)基因家族成员,顺式作用元件分析表明,各成员均包含大量的光响应顺式作用元件,基于生物信息学分析及近期的研究推测,PIF3和PIF4在介导光信号调控果实类胡萝卜素代谢过程中发挥着重要作用。
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