外源蔗糖和脱落酸调控草莓果实成熟的机理探讨

摘要

草莓是研究非呼吸跃变的典型材料。在生产上“冬草莓”售价较高，因此其冬季产量与农户种植效益密切相关。ABA和蔗糖是调控草莓果实成熟的两个关键因素，目前研究重点也集中在ABA和蔗糖调控草莓果实成熟关键基因的挖掘与机理研究。近年来越来越多的研究表明，蔗糖和ABA在调控花青素和淀粉合成途径上存在协同作用。是否ABA与蔗糖在调控草莓果实成熟上也存在协同作用还并不清楚。鉴于此，本研究拟以‘红颜’草莓为材料，首先探讨外源蔗糖和脱落酸对田间草莓果实成熟和品质的影响，并在此基础上，通过对ABA、蔗糖和蔗糖+ABA处理的草莓果实进行转录组测序与分析，进一步筛选出调控草莓果实成熟的关键基因，以期拓宽对草莓果实成熟调控机理的认识以及草莓冬季产量的增加和农民增收。主要研究结果如下:
　　1.外源蔗糖处理浅绿期、白熟期和始红期的草莓果实均能不同程度的加速草莓果实的成熟进程，尤以100mM蔗糖处理促进成熟效果最好，并且均不会降低全红期草莓果实的外观和内在品质及主要生物活性物质的含量。此外，浅绿期150mM外源蔗糖处理会显著增加成熟草莓果实的单果重;同时浅绿期外源蔗糖处理还可以降低成熟草莓果实内的可滴定酸含量，进而降低果实酸度。因此100mM蔗糖处理浅绿期草莓果实是保证草莓品质前提下促进草莓果实成熟的较为适合的处理浓度与时期。
　　2.浅绿期外源蔗糖、ABA及蔗糖+ABA处理均可以促进草莓果实成熟，其中外源蔗糖和蔗糖+ABA处理能有效缩短草莓果实的成熟期2d左右。此外，外源蔗糖、ABA及蔗糖+ABA处理均不会降低处理后成熟草莓果实的外观品质、内在品质、主要生物活性物质的含量及抗氧化能力，反而外源蔗糖和ABA处理会显著提高成熟草莓果实的抗坏血酸和类胡萝卜素含量。
　　3.通过对高通量RNA-seq数据的分析，我们发现ABA与蔗糖在促进草莓果实上存在协同作用。进一步WGCNA分析筛选出与ABA处理显著相关的2个基因HINT3和DNAJ，以及和蔗糖+ABA处理显著相关的7个基因TC.NCS1、PK、HtpG、GPI、GAPDH、ALDO和RP-S11e。热图分析表明，这7个基因的表达在外源蔗糖、ABA和蔗糖+ABA处理后的第8d均受到不同程度的抑制，其中蔗糖+ABA处理抑制效果最为明显;并且这7个基因中有4个参与了糖酵解。下降的丙酮酸含量与下调的FaPK表达量以及喷施糖酵解抑制剂会促进草莓果实着色的实验结果则进一步表明，糖酵解参与了外源蔗糖、ABA和蔗糖+ABA混合处理促进草莓果实成熟的进程。

目录

声明

摘要

缩写词表

一文献综述

1．1课题的提出

1．2国内外现阶段研究进展及发展趋势

1．2．1蔗糖对果实成熟调控机理的研究

1．2．2蔗糖对果实成熟及品质的影响

1．2．3脱落酸对果实成熟调控机理的研究

1．2．4脱落酸对果实成熟及品质的影响

1．2．5蔗糖与脱落酸的相互作用

1．3研究的目的与意义

二试验材料与方法

2．2．2外源蔗糖、ABA和蔗糖+ABA处理

2．2．3糖酵解抑制剂和蔗糖+ABA处理

2．3草莓果实生理指标的测定

2．3．1草莓果实外观品质的测定

2．3．2草莓果实内在品质和主要生物活性物质含量的测定

2．4基因表达量的分析

2．4．1总RNA提取

2．4．2 RNA完整性和纯度的检测

2．4．3 cDNA合成

2．4．4电泳技术

2．5 cDNA文库的构建和RNA测序

2．6生物信息分析

2．6．1测序数据分析和组装

2．6．2差异表达基因的统计和富集分析

2．6．3实时荧光定量PCR分析

2．6．4共表达网络的构建与相关性分析

2．7数据分析

三结果与分析

3．1．1不同发育时期外源蔗糖处理对草莓果实成熟的影响

3．1．2不同发育时期外源蔗糖处理对全红期草莓果实外观品质的影响

3．1．3不同发育时期外源蔗糖处理对全红期草莓果实内在品质和主要生物活性物质的影响

3．2外源蔗糖和脱落酸处理对草莓果实成熟、品质及主要生物活性物质含量的影响

3．2．1外源蔗糖、ABA和蔗糖+ABA处理对草莓果实成熟的影响

3．2．2外源蔗糖和脱落酸处理对全红期草莓果实外观品质的影响

3．2．3外源蔗糖和脱落酸处理对草莓果实内在品质、主要生物活性物质和抗氧化能力的影响

3．2．4外源蔗糖和脱落酸处理对草莓果实脱落酸及蔗糖含量的影响

3．3调控草莓果实成熟的关键因子的筛选

3．3．1 RNA测序数据分析与基因的功能注释

3．3．2转录组的功能注释

3．3．3差异表达基因的统计分析

3．3．4差异表达基因的KEGG路径富集分析

3．3．5差异表达基因的共表达分析(WGCNA)

3．3．6关键基因的筛选

3．3．7糖酵解抑制的验证

3．3．8差异表达基因的验证

四讨论

4．1脱落酸与蔗糖的相互作用是调控草莓果实成熟的核心

4．2外源蔗糖和ABA通过加速草莓果实成熟相关代谢进程进而促进成熟

4．3糖酵解途径(glycolytic pathway，EMP)参与调控草莓果实的成熟

五需进一步研究的内容

参考文献

致谢

作者简历