‘高班柚’果实发育期的糖酸含量变化及糖转运蛋白分析

作     者：许威威 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李春龙

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：柚 果实品质 糖酸含量 糖 糖转运蛋白 生理功能 

摘      要：柚是主要的柑橘栽培类型,其品质一定程度上取决于糖酸含量,但目前对柚果实发育期糖酸含量变化及其关键基因并没有系统的研究。糖转运蛋白(STP)在碳源转运和分配中起重要作用,影响植物组织糖分的代谢和积累,在柚中这一基因家族的成员特征及其功能还未知。因此,开展柚果实发育期糖酸含量变化及糖转运蛋白分析的研究,对改善柚果实品质具有重要指导意义。本课题以‘高班柚’为主要试验材料,探究柚果实发育期的糖酸品质形成规律和柚糖转运蛋白(CgSTP)成员的表达模式及其生理功能。取得以下主要结果:1.柚果实发育期品质形成规律。对发育期的果实品质进行分析发现,‘高班柚’果实在盛花后270 d达到成熟。随着果实的发育,在盛花后90 d至150 d时,果实重量和体积迅速增加,之后基本维持不变;果皮绿色逐渐褪去,黄色缓慢显现、加深;果肉中可溶性固形物呈逐步上升的趋势、可滴定酸含量呈现前期逐步上升最后略有下降的趋势;果肉中主要的有机酸为柠檬酸、苹果酸和奎宁酸,其中柠檬酸含量最高,随着果实的发育柠檬酸含量前期逐渐积累,在240 d时含量达到最高,成熟时期略有降低;果肉中主要的可溶性糖为蔗糖、葡萄糖和果糖,其中蔗糖含量最高,随着果实的发育蔗糖含量呈现先升高中间略有降低而后又逐渐升高的“S型趋势。2.柚糖转运蛋白(CgSTP)家族成员发掘及分析。生物信息学分析发现,在柚基因组中共有14个CgSTPs成员,其基因结构与编码产物的理化性质保守性较高。它们在7条染色体上不均匀分布,其中9号染色体上分布最多。依据系统发育树分析,CgSTPs成员呈四簇分布。14个成员的保守基序相似性较高,除CgSTP8外,其它成员均含有12个保守基序,且排列顺序一致。启动子分析结果表明,CgSTPs基因的启动子区域含有大量的顺式作用元件,这些元件暗示该家族基因的启动子可能响应激素或外界环境信号,推测CgSTPs基因可能参与多种生理功能,如柚的生长发育、果实糖积累、生物和非生物逆境胁迫应答等。3.CgSTPs表达模式和功能初步研究。通过qRT-PCR技术对CgSTPs基因表达模式分析,发现CgSTP4、CgSTP6、CgSTP7、CgSTP9、CgSTP11、CgSTP13、CgSTP14这七个基因在叶、花、果实中表达量较高。亚细胞定位结果证明,CgSTP4、CgSTP7、CgSTP9、CgSTP11、CgSTP13、CgSTP14定位在质膜,CgSTP6定位在液泡膜;同时利用酵母糖转运突变体证明CgSTP4、CgSTP6、CgSTP11、CgSTP13和CgSTP14具有转运葡萄糖的功能。进一步通过稳定遗传转化拟南芥和瞬时转化柚花粉管实验,证明CgSTP6、CgSTP11和CgSTP14参与植物组织糖分的积累,CgSTP4参与花粉管的碳源吸收和生长过程。以上研究初步分析了柚果实发育期的品质形成规律,对糖、酸含量变化进行了精确的定量分析,同时发掘了柚STP家族成员,证明了部分CgSTPs成员膜定位特性和糖转运活性,明确了CgSTP6、CgSTP11和CgSTP14在糖转运积累和CgSTP4在柚花粉管生长中的生理功能,本研究为柚果实品质的分析及改良提供重要参考。