蔗糖合酶家族基因在枣果实糖代谢中的调控作用研究

作     者：张喆 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张春梅

授予年度：2023年

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

主      题：枣 酸枣 蔗糖合酶 糖代谢 

摘      要：枣(Ziziphus jujuba Mill.)是鼠李科最古老的栽培果树之一,是一种重要的木本粮食。枣果实中糖含量丰富,糖积累对果实品质形成有着十分重要的影响。蔗糖合酶(Sucurose synthase,SUS)作为糖代谢过程中的关键酶,普遍存在于高等植物中,负责催化蔗糖和尿苷二磷酸(UDP)生成果糖和尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)的可逆反应,在植物的果实品质形成、纤维素的形成、植物的逆境响应等方面发挥重要作用。目前的研究中,对拟南芥、柑橘、草莓等植物中蔗糖合酶的功能探究较为深刻,而在同样受到糖积累影响的枣果实中的研究较少。为探究枣果实糖积累类型差异,本文通过对21个枣品种和43个类型酸枣半红时期果实糖含量的测定、蔗糖合酶合成和分解方向酶活性的测定、蔗糖合酶基因家族的鉴定和表达分析、枣果实瞬时转化后糖含量及酶活性测定等方面初步探究了枣蔗糖合酶的分子功能,初步揭示了造成枣和酸枣糖含量差异的调控机制,为接下来对枣品质形成机制的研究以及选育新品种枣果实提供了一定的理论基础。主要研究结果如下:1、枣果实中的总糖和蔗糖含量显著高于酸枣果实,枣主要为蔗糖积累型,酸枣主要为还原糖积累型;枣果实中的蔗糖合酶分解方向活性显著低于酸枣果实,且果实中的蔗糖含量与蔗糖合酶分解方向活性呈极显著负相关性。本研究为进一步研究蔗糖合酶基因在枣果实中的功能提供了一定的理论基础。2、基于骏枣的全基因组测序数据,通过生物信息学的方法对蔗糖合酶进行家族成员鉴定筛选出7个SUS家族成员,均含有蔗糖合酶家族特征结构域,大部分SUS基因经预测均定位于细胞质;通过系统发育分析,SUS基因家族被划分为三个亚家族SUSⅠ、SUSⅡ、SUSⅢ;通过对其基因结构分析、保守元件分析,发现SUS家族基因结构保守,其三级结构均为典型的蔗糖合酶结构;基于前期转录组数据筛选了Zj029、Zj218以及Zj050 3个表达水平丰富的关键SUS,通过q RT-PCR技术解释了三个高表达基因在枣的不同组织及果实的不同发育阶段的表达模式,Zj029和Zj218在果实和芽中的表达量最高,Zj050在根、韧皮部以及果实中的表达量最高;在果实发育后期Zj029和Zj218表达量不断上升,Zj050表达较为平稳。3、通过对三个高表达基因在枣果实中的瞬时过表达和沉默,对转基因枣果实进行糖含量及酶活性的测定,通过q RT-PCR对转基因后三个基因的相互响应进行验证,进一步验证三个SUS的功能。结果表明,Zj218调控蔗糖的分解,负向调节蔗糖积累;Zj050调控蔗糖合成,促进蔗糖积累;Zj029主要起到平衡调节作用。本研究对枣果实中蔗糖合酶高表达基因的作用进行探究,为下一步优质枣品种的选育提供一定理论基础。