桃多肽激素合成基因PpGLV4调控果实成熟的机理研究

摘要

普通溶质型桃属于呼吸跃变型果实，其生长后期有明显的乙烯释放高峰，伴随着果实肉质的快速软化以及衰老，不利于贮运且货架期短，研究桃果实成熟及软化机理对于桃的育种具有重要的应用意义。本研究主要包括三个部分:以溶质类型油桃‘中油桃13’为材料，1-甲基环丙烯(1-MCP)分别处理跃变前后桃果实，进行转录组测序，筛选1-MCP处理跃变前后桃果实中差异基因;桃PpGLV家族基因生物信息学分析，并以溶质类型油桃‘中油桃13’和硬质类型油桃‘中油桃16号’为材料，通过qRT-PCR技术初步鉴定基因PpGLV4对生长素和乙烯的作用;结合转基因番茄以及瞬时转化桃果实试验验证基因PpGLV4的功能。主要研究结果如下: 1.转录组测序筛选1-MCP处理CN13跃变前后桃果实中差异表达基因 1-MCP处理‘中油桃13’号跃变前后桃果实，测定处理与对照之间乙烯与硬度的变化，发现1-MCP处理跃变前期桃果实抑制乙烯的释放，果实硬度下降速度慢，延缓果实的成熟。1-MCP处理跃变后期桃果实硬度下降较慢但是刺激乙烯的释放。1-MCP处理之后的桃果实提取总RNA，进行文库构建以及转录组测序，发现1-MCP处理跃变前后存在基因的差异表达。聚类分析以及富集分析显示差异表达基因参与激素信号传导途径，并且通过对未知功能基因进行注释分析发现差异表达基因中包含11个多肽类基因。 2.桃PpGLV家族基因生物信息学分析 参考桃基因组序列，在桃中筛选到8个GLV多肽基因，对该基因家族基因生物信息学分析发现该基因家族与拟南芥AtGLV多肽家族基因的结构相似，并具有一定的同源性，初步说明该基因家族可能参与激素的合成与信号传导过程。qRT-PCR检测PpGLV家族基因在溶质型和硬质型两种类型桃果实不同发育期以及在溶质型桃不同组织中的表达情况，发现PpGLV家族基因在不同组织中表达量各不相同;PpGLV4和PpGLV8在果实发育S1和S4时期中均有表达。且PpGLV4和PpGLV8随着果实的成熟表达逐渐升高。人工合成的多肽激素处理桃愈伤组织，qRT-PCR检测生长素和乙烯生物合成和信号转导途径相关基因的表达模式，发现生长素和乙烯生物合成和信号转导途径相关基因，包括PpYUC11，PpIAA1，PpGH3-3，PpGH3-4，PpACS1，PpETR1，PpERF1，PpERF4和PpERF5响应PpGLV4多肽处理，表明PpGLV4参与生长素和乙烯信号传导之间的交互作用。 3.PpGLV4基因功能验证 构建过表达载体，将基因PpGLV4转入Micro-Tom番茄中，进行转基因功能验证。转基因番茄功能验证结果表明PpGLV4基因使番茄果实提早成熟4d左右，乙烯释放高峰提前，释放量较高，果实硬度下降。qRT-PCR检测结果显示基因PpGLV4能够调控乙烯和成熟相关基因的表达，据此说明在番茄果实中该基因参与果实的成熟过程。通过瞬时转化桃果实试验进一步说明PpGLV4基因在桃果实中对乙烯也具有调控作用。