外源GABA和褪黑素减轻桃果实采后冷害的机理研究

摘要

桃果实作为典型的呼吸跃变型果实，采后在常温下迅速进入呼吸和乙烯高峰，从而加速衰老和软化，低温冷藏是最广泛使用的技术，能够阻止呼吸和其他代谢过程，从而延长桃果实贮藏期。但是果实对低于10℃的温度非常敏感而易发生冷害。冷害性状包括果肉褐变和木质化，缩短了果实贮藏期且降低了消费者的可接受程度。因此，更好地了解桃果实采后低温胁迫的生理反应和开发技术，以诱导桃果实抗冷性是果实储存和运输的迫切需求。本文研究外源GABA、1-MCP或褪黑素对桃果实内脯氨酸、多胺、内源GABA含量及其代谢关键酶基因表达水平的影响，以揭示外源GABA、1-MCP和褪黑素诱导冷敏性果实采后抗冷性的作用机理，为提高果实采后抗冷性、开发果实保鲜新技术提供理论基础。研究结果如下： （1）利用RT-PCR结合RACE技术从桃果实中克隆得到PpOAT、PpP5CS、PpGAD和PpPAO的全长cDNA序列，并对其编码的氨基酸序列进行生物信息学分析。系统进化树分析表明，桃果实PpOAT和PpP5CS分别与湖北海棠MhOAT和MhP5CS亲缘性最近，可能为直系同源蛋白；PpGAD和PpPAO分别与苹果MdGAD和MdPAO亲缘性最近，可能为直系同源蛋白。结构域及多重序列对比分析表明，PpOAT属于磷酸吡哆醛依赖的转氨酶，其初级结构由非保守的N末端、PLP结合区域和C末端三部分组成，N-端存在一个假定的线粒体转运肽非保守序列，PLP结合区在催化转氨过程起关键作用；PpP5CS蛋白序列的N端为G5K结构域，属于氨基酸激酶超家族成员，C端为C-谷氨酸磷酸还原酶结构域，属于醛脱氢酶超家族成员，P5CS蛋白保守结构域包含5个主要功能域：谷氨酰激酶保守域、谷氨酸-γ-半醛脱氢酶保守域、一个假设的亮氨酸保守域及ATP结合位点和NADPH结合位；PpGAD属于转氨酶超家族，是一个磷酸吡哆醛依赖的蛋白，具有活性位点和C端延伸区域，其中活性位点能够与磷酸吡哆醛结合，C端延伸区域能与钙调蛋白结合；PpPAO被列为可能跨越多个域的模型，未被分配任何域家族，因此未发现其特殊的结构域。 （2）外源GABA处理（5 mmol/L）显著抑制出汁率的下降，缓解了桃果实冷害的发生。此外，GABA处理通过上调PpOAT和PpP5CS的表达和抑制PpPDH的表达增加脯氨酸的生物合成和积累。同时，外源性GABA处理通过增强PpODC和PpADC的转录水平和抑制PpPAO的表达维持桃果实内较高水平的内源多胺如腐胺、亚精胺和精胺和GABA含量进而提高低温胁迫下桃果实的耐冷性。然而，1-MCP处理（10μL/L）通过抑制PpOAT和PpGAD的表达和上调PpPDH表达减少内源性GABA和脯氨酸含量，但对PpP5CS表达无显著影响；而PpPAO表达的增加促进了多胺的降解，这可能是导致亚精胺和精胺含量降低的原因；但1-MCP处理对PpADC和PpODC的表达和腐胺含量无明显影响。结果表明1-MCP处理在一定程度上加重了桃果实冷害发生。还需进一步详细研究证实此结论。 （3）研究外源褪黑素对采后桃果实冷害的影响，分别用50、100或200μmol/L的褪黑素处理桃果实120 min，然后在4℃下贮藏28天，以探讨褪黑素诱导桃果实耐冷性的最佳浓度。结果表明，100μmol/L褪黑素的应用是减轻采后桃果实冷害最有效的，且相对于对照组100μmol/L褪黑素处理保持桃果实更高水平的出汁率和可溶性固形物。除此之外，100μM褪黑激素处理增强了PpADC、PpODC和PpGAD的表达进而增加多胺和GABA的含量。同时，相比于对照组100μM褪黑素处理上调了PpOAT和PpP5CS的转录和抑制PpPDH的表达进而提高了脯氨酸含量。因此，褪黑激素处理可能是减轻采后桃果实冷害发生的一个有用技术。褪黑素处理诱导采后桃果实抗冷性与更高水平的多胺、GABA和脯氨酸相关联。