羊毛脂诱导早酥梨着色的机理研究

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花青苷有助于改善果实的外观品质,增强植物抵御外界环境的能力。本研究在课题组发现羊毛脂诱导绿皮梨品种果实着色的基础上,研究该物质诱导早酥梨(Pyrus bretschneideri Rehd.)着色的作用机理。通过分析羊毛脂诱导果实转色的生理机理,利用转录组测序技术筛选出响应羊毛脂诱导花青苷合成的代谢途径以及与花青苷合成相关的ERF转录因子。并通过瞬时注射实验、酵母单杂交和双荧光素酶活性检测实验表明PbERF22和PbERF19调控花青苷合成。主要研究结果如下:1.羊毛脂诱导早酥梨果实中类黄酮各组分和激素含量变化。羊毛脂处理早酥果实10 d后,果皮中儿茶素、原花青苷B2、表儿茶素、绿原酸、金丝桃苷和槲皮素3-木糖苷含量显著增加,矢车菊素-3-半乳糖苷的含量增加尤为显著。激素测定结果表明,羊毛脂诱导茉莉酸(JA)含量显著上升以及脱落酸(ABA)含量显著下降。DIECA(JA合成抑制剂)+羊毛脂、1-MCP(乙烯合成抑制剂)+羊毛脂和ABA+羊毛脂处理组果实的表型结果表明,JA、ABA和乙烯不是羊毛脂诱导花青苷合成的关键因素。2.多种代谢途径及转录因子家族参与羊毛脂诱导的花青苷合成。基因表达分析表明,羊毛脂通过诱导调节基因Pb MYB10、Pb MYB10b和结构基因Pb DFR、Pb ANS和Pb UFGT表达上调促进花青苷积累。选取羊毛脂诱导果实着色的两个时期样品进行转录组测序分析,通过比较两个时期的转录组数据筛选出748个差异表达基因(DEGs)。经GO功能分类注释和KEGG功能富集分析发现,748个DEGs在类黄酮代谢、植物激素信号转导、植物病原菌相互作用及氧化还原过程等途径中显著富集。q RT-PCR验证结果表明,茉莉酸和乙烯合成相关基因在羊毛脂诱导下显著上调。转录因子家族分析表明,差异基因在AP2/ERF家族和WRKY家族富集数量最多。3.受激素信号影响的PbERF22和PbERF19调控花青苷合成。从转录组数据中筛选出四个ERF基因:PbERF22、PbERF19、PbERF27和PbERF114,这四个基因在羊毛脂诱导下显著上调。系统进化树分析表明,四个ERF蛋白和其他物种中与花青苷积累有关的ERF蛋白亲缘关系相近。相关性分析表明,四个ERF基因的表达水平与Pb MYB10的表达水平呈显著正相关;PbERF22和PbERF114与Pb UFGT的表达水平呈显著正相关;PbERF19、PbERF27和PbERF114的表达水平与Pb ANS的表达水平呈显著正相关。瞬时注射实验表明,在早酥中过表达PbERF22和PbERF19后,花青苷调节基因和结构基因表达显著上调,从而促进花青苷积累。沉默PbERF22后,花青苷含量与对照相比无显著差异。Me JA处理早酥果实后,果皮中PbERF22和PbERF19表达水平上调。1-MCP+羊毛脂处理与羊毛脂处理相比,果皮中PbERF22表达显著下调,PbERF19表达无显著变化。酵母单杂交和双荧光素酶活性检测实验表明,PbERF22和PbERF19促进Pb MYB10或Pb MYB10b对Pb UFGT启动子的激活作用,参与调控花青苷合成。
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