基于RNA-Seq的苹果果实采后淀粉代谢与理化品质关联性及机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lixinlixin2008
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苹果(Malus domestica)是蔷薇科苹果属的木本植物,是国内外广泛种植的重要水果之一。苹果多数品种的果实采后存在后熟现象,表现为采后一段时间内达到最佳食用期,继而品质下降。然而,人们对这一过程的标志性变化认识非常不足,严重限制了优质优价的增收潜力和苹果消费质量。基于课题组前期发现不同品种的苹果在贮藏期间淀粉均会在某一相同水平出现降解变缓的转折现象,本研究以‘澳洲青苹’、‘乔纳金’、‘金冠’、‘秦冠’、‘富士’和‘瑞阳’6个品种苹果为试材,分析果实采后低温贮藏期间淀粉变化与其他理化指标之间的相关性,探究采后淀粉变化关键转折点对果实理化品质食用最佳期的代表性;利用RNA-Seq技术对不同贮藏时期的6个品种苹果果肉进行转录组测序,挖掘富集在淀粉与蔗糖代谢通路上的差异表达基因;通过基因表达定量验证和酶活力测定,分析苹果采后淀粉代谢转折的初步分子机制,以期为建立以淀粉变化关键节点判定苹果最佳食用期的方法提供理论与技术依据。主要结果如下。(1)六个品种苹果在低温贮藏期间均存在淀粉变化的关键节点,存在由快变慢的关键节点,各品种关键节点的淀粉质量分数处于同一统计学水平0.20%~0.26%。‘澳洲青苹’、‘乔纳金’、‘金冠’、‘秦冠’、‘富士’、‘瑞阳’到达淀粉变化关键节点的贮藏时期分别为80、40、60、30、30、60 d。(2)低温贮藏期间,6个品种苹果的还原糖、可溶性糖含量与淀粉含量变化极显著负相关;随着淀粉的下降,还原糖含量上升,可滴定酸和硬度下降,‘澳洲青苹’,‘金冠’和‘瑞阳’的可滴定酸含量与淀粉含量显著相关,‘乔纳金’,‘秦冠’和‘富士’的可滴定酸含量与淀粉含量极显著相关;‘澳洲青苹’,‘乔纳金’,‘金冠’和‘秦冠’的硬度与淀粉含量极显著相关,‘富士’和‘瑞阳’的硬度与淀粉含量显著相关。除‘瑞阳’外,其他5个品种的可溶性糖与可滴定酸含量均在淀粉变化关键节点附近达到平衡点(出现相对值的交叉),且6个品种苹果品质的综合评价均在淀粉变化关键节点达到最佳。(3)对贮藏160 d与贮藏0 d果实转录组分析得出,6个品种苹果中均显著差异表达的有1503个差异基因(differentially expressed genes,DEGs),富集到淀粉与蔗糖代谢KEGG通路的共156个DEGs,涉及到26种酶。其中淀粉合成与降解相关酶5种,包含31个DEGs,蔗糖合成与降解相关酶6种,包含21个DEGs,160 dvs0 d热图分析,筛选出差异基因中6个品种表达变化趋势一致的淀粉代谢相关候选基因11个,分别是MdISA1、MdISA2、MdISA2L、MdSBE1、MdSEBL、MdAMY3、MdAMY10、MdBAM、MdBAM2、MdPHSL1、MdPHSH1。(4)参与淀粉分解的异淀粉酶(isoamylase,ISA)的基因成员MdISA1,MdISA2在‘乔纳金’和‘富士’中于贮藏30或40 d表达水平达到最大值,在‘澳洲青苹’中于贮藏60 d达到最大值,α-淀粉酶(α-amylase,AMY)两个成员MdAMY3与MdAMY10在‘乔纳金’和‘富士’中于贮藏30或40 d表达水平达到最大值,且较0 d增加80-200倍,在‘澳洲青苹’中于60 d达到最大值,较0 d增加100-160倍。且较0 d增加80-200倍,在‘澳洲青苹’中于60 d达到最大值,较0 d增加100-160倍。β-淀粉酶(β-amylase,BAM)两个成员MdBAM与MdBAM2均在60 d达到最大值,且为0 d的2-25倍;L型淀粉磷酸化酶(starch phosphorylase L isozyme,Pho-L SP)基因成员MdPHSL1持续上调,参与淀粉合成的淀粉分支酶(starch branching enzyme,SBE)基因成员MdSBE1,MdSEBL、H型淀粉磷酸化酶(starch phosphorylase H isozyme,Pho-H SP)基因成员MdPHS1持续下调。(5)‘澳洲青苹’、‘乔纳金’、‘金冠’、‘秦冠’、‘富士’、‘瑞阳’的AMY活力分别在贮藏期60、40、40、30、30、30 d时达到峰值,BAM活力均在60 d时达到峰值。6个品种果实中参与蔗糖降解的中性转化酶(neutral invertase,NI)、酸性转化酶(acid invertase,NI)、蔗糖合成酶分解方向活力(sucrose synthase cleavage,SUS-c)均于淀粉降解关键节点前逐渐增强,3个中熟品种的SUS-c活力于60 d达到峰值,3个晚熟品种的SUS-c活性于90 d时达到峰值,以后也维持较高水平。参与蔗糖合成的蔗糖合成酶合成方向(sucrose synthase synthesis,SUS-s)和蔗糖磷酸合成酶(sucrose-phosphate synthase,SPS)活力也于关键节点后增强,3个中熟品种、3个晚熟品种的SPS活性也分别于60 d和90 d达到峰值。本文确定了6个品种苹果采后标志理化品质最佳状态的淀粉含量统一取值范围为0.20%~0.26%,揭示了苹果果实采后淀粉和可溶性糖的阶段性变化规律和生理及部分分子机制,并明确MdAMY3、MdAMY10、MdBAM、MdBAM2是淀粉快速降解的关键基因,为选择苹果最佳消费期和苹果品质保鲜的特征指标提供了依据。
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