柚芽变株系类胡萝卜素代谢差异基因的转录组学分析

摘要

为了研究'琯溪蜜柚'果实红肉突变株系类胡萝卜素代谢和芽变的分子机制,本研究以'琯溪蜜柚'及其芽变一代品种'红肉蜜柚'和芽变二代品种'三红蜜柚'果实为材料,使用RNA-seq技术研究3个品种3个发育时期果肉类胡萝卜素的代谢.经生物信息学分析,共筛选出参与类胡萝卜素生物合成显著差异表达的10个基因,分别为八氢番茄红素合成酶基因(PSY)、六氢番茄红素脱氢酶基因(ZDS)、类胡萝卜素异构酶基因(CRTISO1、CRTISO2)、紫黄质脱环氧酶基因(NPQ1)、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶基因(NCED3、NCED5)、脱落醛氧化酶基因(AAO3)、ABA 8'-羟化酶基因(CYP707A1)、类胡萝卜素裂解双加氧酶基因(CCD4).共表达分析揭示了7个家族转录因子的表达模式与类胡萝卜素合成基因高度相关,分别为MADS、bZIP、bHLH、MYB、AP2/ERF、NAC和WRKY.通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)验证了部分基因的表达模式,结果与RNA-seq结果高度一致.此外,经对'红肉蜜柚'果肉转色期的初生和次生代谢通路DEGs富集分析,发现类胡萝卜素的积累过程中,细胞壁、脂质、类黄酮代谢差异基因大量富集.研究结果揭示,'琯溪蜜柚'果实红肉突变品种'红肉蜜柚'和'三红蜜柚'果实类胡萝卜素的形成和积累,是由类胡萝卜素的代谢相关酶基因差异表达和转录因子调控引起的;在果肉红色芽变的同时,伴随着与汁胞粒化相关的基因突变.这对进一步开展柚子果实类胡萝卜素的形成与积累、汁胞粒化研究,为解析柚果实不同颜色突变、汁胞粒化的机制有重要参考价值.