黄芹品质代谢相关基因的表达及功能初步验证

作     者：丁旭 

作者单位：南京农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊爱生

授予年度：2021年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090202[农学-蔬菜学] 

主      题：黄芹 抗坏血酸 木质素 类胡萝卜素 4-香豆酸CoA连接酶 ζ-胡萝卜素脱氢酶 

摘      要：芹菜(Apium graveolens L.)属于伞形科一二年生草本植物,是日常饮食中最常见的叶菜类蔬菜作物之一,具有浓郁的香味,茎干脆嫩,适应性强,产量高,经济效益好,其叶片和叶柄均可被食用。抗坏血酸在真核生物的代谢反应中具有重要作用,是最丰富的抗氧化剂之一,影响植物的防御能力和激素水平,能清除活性氧并应对大多数的外部压力。木质素活跃在植物的次生细胞壁中,植物组织的木质化会降低蔬菜的食用口感。类胡萝卜素是由植物中丰富的天然色素所构成,是决定果蔬营养品质的重要指标。关于抗坏血酸、木质素和类胡萝卜素的研究已在较多植物中得到报道,在部分芹菜品种中也有相关研究,在黄芹中未被研究。本文以三种黄芹‘金黄芹菜’、‘六合黄心芹’、‘黄太极’为研究对象,测定抗坏血酸、木质素和类胡萝卜素的含量,并对其合成途径相关基因表达的水平进行分析,以期为黄芹品质形成及其分子机理提供一定的基础。本文的主要结果如下:1.通过UPLC测定三种黄芹的抗坏血酸含量。结果显示,‘金黄芹菜’、‘六合黄心芹’、‘黄太极’中抗坏血酸含量分别是489.57,539.00和542.43μg/g,品种之间没有显著差异。通过荧光定量PCR检测抗坏血酸合成途径中17个基因的相对表达水平。参与抗坏血酸循环途径的AgAO(r=-0.032)和AgDHAR1(r=-0.193)的表达水平和抗坏血酸含量呈负相关。2.用巯基乙酸法测定三种黄芹的木质素含量,通过荧光定量PCR测定木质素合成相关10个基因的相对表达水平。结果表明:叶片中木质素含量较低,叶柄中含量较高。叶片中木质素含量范围为12～22 mg/g,叶柄中木质素含量范围为18～30 mg/g,且在不同黄芹品种中存在显著差异。AgCCoAOMT(r=0.692)和AgF5H(r=0.733)基因表达水平和木质素含量呈正相关,而AgCAD(r=-0.694)和AgC3 H(r=-0.722)的表达水平与木质素含量呈负相关。参与木质素合成的关键基因Ag4CL的表达水平与木质素含量正相关。3.通过UPLC测定三种黄芹不同生长阶段的类胡萝卜素含量,与其它两个品种相比,播种65 d和85 d后‘黄太极’叶黄素和β-胡萝卜素含量最高,‘六合黄心芹’在播种105 d后叶黄素和β-胡萝卜素含量最高。AgLCYB和AgPSY2基因表达水平与叶黄素和β-胡萝卜素含量显著正相关。AgZDS基因表达水平和类胡萝卜素含量正相关,且起关键调控作用。4.通过农杆菌侵染法获得转芹菜Ag4CL基因的拟南芥株系,检测结果显示3个转基因株系的木质素含量均有提高,且木质素合成途径大多基因的表达水平均有增加。获得转AgZDS基因的拟南芥株系和芹菜株系,各株系叶黄素和β-胡萝卜素含量均有增高,转基因拟南芥各株系抗氧化相关基因AtCAT1和AtSOD1表达量升高,转基因芹菜各株系光合作用增强。另外,PDS、CRTISO、ZISO等番茄红素上游通路基因表达量升高,上游通路代谢的加快促进了下游通路生物量的合成。