脱落酸在采后蓝莓果实软化过程中的作用及机理研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:meal09
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蓝莓果实(Vaccinium corymbosum L.)因其富含人体所需的酚类物质被广泛认为是最具产业价值和营养价值的水果之一。但蓝莓果实采后贮藏过程中极易软化,甚至腐烂变质,严重影响果实营养品质及商品价值。基于此本实验以辽宁省主栽品种蓝丰蓝莓为实验试材,首先鉴定其呼吸跃变类型,探究其在采后常温贮藏期的形态、硬度等生理变化,明确果实软化的发生规律,再探究脱落酸等五大植物激素在其软化过程中的含量变化,初步鉴定出与蓝莓果实软化最为密切相关的植物激素(脱落酸)在采后软化过程中的作用。随后通过转录组测序鉴定蓝莓果实采后软化过程中产生差异的关键基因和关键代谢途径,鉴定与脱落酸合成、信号转导及细胞壁代谢相关的差异显著的通路,筛选通路上的差异基因,并获取关键差异基因的全长序列。最后通过外源脱落酸(ABA)以及ABA抑制剂的处理来进一步明确ABA对蓝莓果实软化的作用及分子机理,同时探索ABA抑制剂对蓝莓果实软化的调控作用。主要研究结果如下:1.蓝丰蓝莓果实在采后贮藏期内的乙烯生成量,及丙烯处理下的乙烯生成量未出现显著峰值,呼吸强度在采后贮藏期内未出现显著峰值,在丙烯处理下出现高峰,符合非呼吸跃变型果实的判定条件,证明蓝丰蓝莓果实属于受植物激素脱落酸调控的非呼吸跃变型果实;同时我们在蓝莓果实采后贮藏的过程中,检测到五种重要的植物激素,含量从高到低依次为脱落酸(ABA)、生长素(IAA)、水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和赤霉素(GA3);其中含量最高的为脱落酸(ABA),在峰值时达到697 ng g-1,此时含量是IAA含量的63倍,SA的116倍,JA的348.5倍以及GA3的1,482倍。此外,经过统计分析得知,ABA的含量呈现上升趋势与蓝莓果实的硬度下降趋势呈现显著地负相关。2.在采后常温贮藏下,蓝莓果实硬度在2 d和4 d至8 d之间迅速下降。硬度下降的同时会伴随着细胞壁降解酶类活性的上升,其中果胶甲酯酶(PE)、聚半乳糖醛酸酶(PG)与半乳糖苷酶(β-Gal)活性在采后贮藏期6 d达到峰值,纤维素酶(Cx)活性则在贮藏期4 d达到峰值。在此过程中还伴随着色调角h°的增大,营养物质还原糖、总酚和抗坏血酸含量的上升,酸含量的下降以及固形物和淀粉含量的波动。3.为深入探究蓝莓果实软化的分子机理,我们以采后0 d的新鲜蓝莓果实,贮藏中期的中度软化果实(4 d)以及贮藏末期重度软化的果实(8 d)作为样本进行转录组分析。经过测序我们获得45.04 Gb clean data数据,在采后贮藏期0 d与8 d的果实间鉴定出1,058个上调表达基因和2,243个下调表达基因,进一步KEGG分析与GO分析我们得知,植物激素信号转导与细胞壁糖类代谢的途径上聚集了众多的差异基因。且细胞壁降解酶类的基因与编码植物激素ABA合成酶类的基因均显著上调,同时我们获取了4个VcPGs、3个VcGal、1个VcCx、3个VcNCEDs、2个ZEP、1个AAO3以及1个ABA2的基因序列,并且对它们在采后蓝莓果实贮藏过程中的基因表达的变化进行测定,发现在采后蓝莓果实软化过程中,VcPGs、VcGal、VcCx、VcNCEDs、VcZEP、VcAAO3、VcABA2均显著上调表达。进一步相关性分析得出,VcPGs、VcGal、VcCx、VcNCEDs、VcZEP、VcAAO3、VcABA2与ABA合成显著相关正相关,VcPGs、VcGal、VcCx与细胞壁降解显著正相关,且均与蓝莓果实软化显著负相关。4.基于转录组数据及分析结果,我们对蓝莓果实同时施用ABA及ABA抑制剂,深入阐明ABA在蓝莓果实采后软化过程中的作用及机理。在理化及分子层面,揭示其对软化相关指标,营养指标及内源激素含量的影响。结果表明外源ABA处理的蓝莓果实的硬度在贮藏期内显著低于对照果实;且细胞壁降解相关的酶类活性均受到外源ABA的调控,在ABA处理的果实中无论是PG、PE、Gal以及Cx的活性还是编码它们的基因的表达量都被上调。同时ABA处理的果实含有更高的水溶性果胶(WSP)含量,更低的EDTA溶解性果胶(ESP)、Na2CO3溶解性果胶(NSP)含量,以及更低的纤维素和半纤维素含量。此外ABA处理促进了蓝莓果实的营养物质,比如糖、Vc、总酚的积累,同时促进内源ABA的大量自我积累。施用ABA的合成抑制剂NDGA则可通过降低VcNCED1、VcNCED6、VcZEP2以及VcAAO3的基因表达来抑制内源ABA合成,减少ABA积累,从而延缓蓝莓果实硬度的下降,维持采后蓝莓果实的品质。
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