基于比较蛋白质组学骏枣和酸枣果实大小及糖酸含量差异机制研究

摘要

枣（Ziziphus jujuba Mill.）是我国重要的经济树种，产量居我国干果树种之首。枣果实营养丰富，富含糖和Vc，具有很高的商品价值。果实大小和糖酸含量是枣的重要性状，同时也是决定枣果实商品性优劣的重要指标，因此，枣果实膨大和糖酸代谢机制始终是研究者们关注的热点。前期基于全基因组选择和转录组水平研究，已经初步阐明了枣和酸枣果实糖酸风味差异的分子机制。蛋白质组学是从蛋白质表达水平阐明生物过程分子机制的重要手段，但是基于蛋白质组学水平的枣果实发育与成熟的研究尚无报道。本研究通过比较“骏枣”（大果高糖型）和酸枣（Z.jujuba var.spinosa）（小果高酸型）果实发育过程中果肉细胞特征和激素含量，并结合比较转录组和蛋白质组分析，阐明引起枣和酸枣果实大小差异的主要因素和关键基因；通过对比骏枣和酸枣果实中糖和有机酸的组成与含量和相关代谢酶活力，分析果实发育过程中蛋白质组动态变化及差异，从蛋白质水平揭示枣与酸枣果实中糖和有机酸代谢差异机制。主要研究结果如下： （1）在花后1~7周内，骏枣果肉细胞数量增加了4倍，细胞体积增加了9倍。花后7周时，骏枣果肉细胞数量为酸枣3倍，细胞体积为酸枣的1.5倍。骏枣果实细胞空隙从花后第5周时开始扩大，至花后7周时占据骏枣果肉面积的44.3%，而酸枣细胞空隙面积仅占果肉面积的10.0%。 （2）研究共鉴定到肽段43986个，注释得到蛋白质5400个，占骏枣基因集的19.7%。通过对比同一发育阶段骏枣和酸枣蛋白质组情况，共鉴定到差异蛋白质1012个，其 中在骏枣果实中上调表达的蛋白质主要富集到碳水化合物代谢过程中。对骏枣果实不同发育阶段蛋白质表达量进行分析，共发现差异表达蛋白质943个，骏枣膨大与白熟阶段差异表达蛋白质主要富集在碳水化合物代谢过程。 （3）GA3和ZT在果实发育过程中表现出先上升后下降的变化过程，其中GA3在骏枣中的含量始终高于酸枣，ZT在骏枣果实膨大期含量显著高于酸枣。基于比较蛋白质组分析，发现ZjGID1.4和ZjYUCCA1在骏枣果实中的表达量显著高于酸枣。基于转录组分析，发现在GA合成与信号转导通路中，ZjGA20ox1、ZjGA20ox6、ZjGID1.1在骏枣果实中的表达量显著高于酸枣。ZjDELLA11、17、ZjSPY13在酸枣中具有更高的表达水平。ZT信号转导通路中，ZjAHK2、ZjB-ARR9、11在骏枣果实发育过程中高表达，ZjA-ARR5在骏枣果实中的表达水平较低。IAA信号转导通路中，ZjARF4、16、23、ZjSAUR7在骏枣果实中的表达量显著高于酸枣。 （4）蔗糖是骏枣和酸枣糖积累的主要形式。全红期骏枣果实中蔗糖含量大约为酸枣的3倍。骏枣和酸枣果实中酸性转化酶（AI）和蔗糖合成酶分解（SSc）活性与蔗糖含量显著负相关，蔗糖合成酶合成（SSs）活性及蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性与果实内蔗糖含量极显著正相关。SSs和SPS活性在骏枣果实成熟期显著高于酸枣。基于比较蛋白质组分析，发现ZjSPS1、ZjSPS2、ZjSS2表达量与果实中蔗糖含量呈正相关。ZjSPS1、ZjSS2和ZjSUT4在骏枣果实中的表达量高于酸枣。 （5）酸枣果实发育过程中苹果酸和柠檬酸的含量始终显著高于骏枣。骏枣和酸枣果实发育过程中，NAD-苹果酸脱氢酶（NAD-MDH）活性与苹果酸含量极显著正相关。柠檬酸合成酶（CS）活性与柠檬酸含量极显著负相关。此外，酸枣中CS和NAD-MDH的活性高于骏枣，酸枣果实发育前期细胞质顺乌头酸酶（Cyt-ACO）活性比骏枣低。在蛋白质水平上，ZjMDH3和ZjMS表达量与果实中苹果酸含量极显著正相关，且二者在酸枣果实中的表达量高于骏枣；ZjNADP-ME3在骏枣果实中的表达量更高；ZjACO1、ZjACO2表达量与果实中柠檬酸含量呈负相关关系，且二者在酸枣果实中的表达量低于骏枣，ZjATP-CS1在酸枣中具有更高的表达水平。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1果实发育与成熟规律及影响因素

1.2激素在果实发育过程中的调控作用

1.3果实中糖代谢及其调控机制

1.4果实中有机酸代谢及其调控机制

1.5研究意义和研究内容

1.6技术路线

第二章 材料与方法

2.1材料

2.2主要仪器和试剂

2.3果实形态指标测定

2.4石蜡切片制作与观察

2.5内源激素测定

2.6果实糖和有机酸含量检测

2.7糖和有机酸代谢相关酶活性测定

2.8果实蛋白质组分析

2.9转录组数据获取与分析

第三章 结果与分析

3.1骏枣和酸枣果实形态变化过程

3.2骏枣和酸枣果肉细胞特征的变化规律

3.3果实内源激素含量变化规律

3.4果实中糖和有机酸含量变化规律

3.5糖和有机酸代谢相关酶活性变化规律

3.6果实中糖和有机酸含量与酶活力的相关性

3.7比较蛋白质组分析

第四章 讨论与结论

4.1讨论

4.2结论

4.3创新点

参考文献

附录

致谢

个人简历