基于转录组测序的皇冠李果实糖酸品质关键基因的研究

作     者：于馨淼 

作者单位：福建农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈发兴

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：皇冠李(Prunus salicina Lindl var.cordata‘Huangguan’) 转录组 有机酸 可溶性糖 转录因子 

摘      要：中国李(Prunus salicina L.)是一种原产于中国且在世界范围内广泛栽培的重要核果类果树。因其适应性广、品种多样、营养价值高和抗氧化活性物质丰富等深受果农和消费者的喜爱。但是不同品种果实风味品质差异大,尤其果实偏酸,商品价值低等问题严重影响果实商品价值。‘皇冠李’是福建省审定良种[闽S-SV-PS-009-2018],深入挖掘皇冠李果实糖酸品质形成的关键基因,对解析其转录调控机制,以及李果实糖酸品质调控等具有重要理论意义和实践意义。本研究以皇冠李果实为材料,分别采用超高效液相色谱(Ultra Performance Liquid Chromatography,UPLC)和高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)技术检测并分析果实发育过程中有机酸、可溶性糖组分及含量的变化;借助Illumina Hi-seq2500平台,对幼果期(DAF 6 d)、绿果期(18 d)、转色期(47 d)和成熟期(63 d)等4个时期果实进行RNA-seq测序分析,筛选调控果实糖酸形成的关键基因,分析鉴定关键的结构基因、转运蛋白基因和转录因子在果实发育过程中的表达模式及对李果实糖酸品质的调控规律。主要结果如下:1.皇冠李果实发育中后期(绿果期到成熟期)为糖酸品质形成的关键阶段。皇冠李果实中共检测了8种有机酸:苹果酸、酒石酸、乙酸、柠檬酸、抗坏血酸、琥珀酸、草酸和富马酸;有机酸含量呈‘Z’字型波动,但总体较为稳定;其中苹果酸为各时期果实中主要有机酸组分,总体呈显著上升趋势,成熟期苹果酸含量达到峰值,为1.89mg·g(FW),占总酸的88.28%。皇冠李果实中共检测了四种可溶性糖:葡萄糖、果糖、山梨醇糖和蔗糖;可溶性糖含量总体呈显著积累;成熟果实以葡萄糖和果糖为主,含量分别为16.22 mg·g(FW)和7.24 mg·g(FW),占总糖的55.88%和24.83%,成熟期果实中几乎不含蔗糖。2.对4个发育时期皇冠李果实建立转录组数据库,得到26547个Unigene,平均序列长度为1683 bp。4个基因文库与梅子(Prunus mume L.)基因组匹配率均在70%以上。利用GO、KEGG和Swiss-Prot数据库对全部Unigene进行注释,53.9%的基因获得注释信息。通过对果实发育中相邻时期数据库的两两比对,即绿果期vs.幼果期、转色期vs.绿果期、成熟期vs.转色期,共检测到7584个差异表达基因,其中在果实发育初期(绿果期vs.幼果期)差异表达基因数目最多,共计5424个,其中2748个上调表达,2676个下调表达。随着果实的发育,相邻时期差异表达基因数目逐渐减少,分别为3689个和1690个。差异基因主要富集在次生代谢(pmum01100)、淀粉蔗糖代谢(pmum00500)、氨基酸生物合成(pmum01230)、苯丙氨酸代谢(pmum00360)和类黄酮生物合成(pmum00941)等品质形成相关途径上。本研究共鉴定到74个转录因子基因家族,共计1119个转录因子,其中以MYB转录因子最多,占总数的8%(95个)。3.有机酸代谢活动在果实发育初期最为强烈。在果实发育过程中,共鉴定到参与调控苹果酸代谢的来自7个家族呈差异表达的12个关键基因。推测苹果酸脱氢酶(NADP-ME)基因103340826和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)基因103319416促进苹果酸合成;苹果酸通道蛋白(ALMT)基因103329500和103341458主要介导果实发育前期苹果酸的积累;二羧酸转运蛋白(t DT)基因103326982和液泡H-焦磷酸酶(VHP)基因103341138促进果实发育后期苹果酸积累。基因103341502可能为调控苹果酸含量的关键MYB转录因子之一;基因103320403、103320378、103337666、103335149、103338374、103321763和103320278亦可能为调控果实有机酸积累的关键MYB转录因子。4.可溶性糖代谢活动在果实发育初期表现最为强烈。在果实发育过程中,共鉴定到参与调控可溶性糖代谢的来自11个家族呈差异表达的17个关键基因。早期干旱响应-6-类似转运子(ERD6L)基因103322904参与调节液泡内外葡萄糖平衡;蔗糖合成酶(SS)基因103333990和山梨醇脱氢酶(SDH)基因103335104促进绿果期果糖积累;SDH基因103335104促进绿果期山梨醇糖的降解;SS基因103333990和磷酸果糖激酶(PFK)103333391促进果实发育前期蔗糖的降解;中性转化酶(NINV)基因103331108亦参与调控果实可溶性糖的积累。b ZIP基因103320133、103320491、103336224、103321334和103335689为调控葡萄糖积累的重要基因;同时基因103321334和103335689亦是调控果实葡萄糖和果糖积累的重要b ZIP转录因子。