阅读量：

165

作者：

张钟

展开

摘要：

枣(Ziziphus jujuba Mill.)是我国重要的传统特色果树,在过去的20年里,鲜食枣产业发展迅速,经济效益显著,但由于鲜枣不耐贮藏,货架期短和采后损失等问题,严重制约了鲜枣的市场供应和效益.长期以来,对枣果实成熟的呼吸类型存有争议,对其成熟调控的分子机制缺乏认识.因此,本研究旨在明确枣果实成熟的呼吸生理特征及其分子调控机理,对于深化理解枣果实品质形成和保持的分子机制,以及对鲜食枣果实适时采收,贮藏保鲜,冷链运输与销售等环节的技术提升都具有重要意义.本研究以当前主栽鲜食品种'冬枣'为研究对象,研究两种主要成熟调控激素——乙烯和脱落酸(ABA)在果实发育,成熟,采后贮藏和外源激素处理下的动态规律;基于枣基因组数据和生物信息学分析手段,鉴别激素合成,代谢和信号转导通路的关键基因;利用荧光实时定量PCR技术研究基因的时空表达规律;利用转录组测序技术构建枣果实成熟的调控网络.取得的主要研究结论如下:1.冬枣果实的成熟始于白熟期,在全红期达到完全成熟.在正常成熟,白熟期采后贮藏和响应100μL L~(-1)外源乙烯处理后,冬枣果实的呼吸速率和乙烯释放量变化均无明显跃变现象.基于枣基因组数据,鉴别到23个与乙烯生物合成和信号转导通路相关的候选基因,其表达量伴随果实成熟进程呈增加趋势,但外源乙烯处理抑制了合成和感受通路关键基因(ZjACS2,ZjACS5,ZjACS7,ZjACO1和ZjETR1)的表达,表明冬枣果实中缺失系统II(跃变)类似的基因表达模式.另外,白熟期冬枣果实对100μL L~(-1)外源乙烯处理不敏感,但1.0μL L~(-1)1-MCP能够抑制果实呼吸和乙烯释放等成熟进程,表明冬枣果实中存在乙烯依赖的成熟途径.该研究明确了冬枣果实非跃变型成熟的呼吸生理特征,揭示了乙烯在冬枣果实成熟过程中具有一定的调控作用.2.利用枣基因组数据,鉴别了119个APETALA2/ethylene response factor(AP2/ERF)转录因子基因,根据其保守结构域类型和系统发育关系划分为4个基因家族(AP2,RAV,ERF和soloist);其中,ERF基因家族位于乙烯信号转导通路的末端,包含ERF和DREB两个亚基因家族.利用转录组测序数据,鉴别到在枣叶,花和果实中表达的64,80和44个基因,为基因功能挖掘和验证提供了重要基础.在此基础上,通过qPCR技术研究了AP2/ERF基因响应枣果实成熟和外源乙烯诱导的表达,鉴别到4个ERF转录因子基因(ZjERF25,ZjERF36,ZjERF54和ZjDREB39)可能参与乙烯依赖的枣果实成熟调控.该研究提高了对枣AP2/ERF基因系统演化和生物学功能的理解,为进一步阐释乙烯依赖的枣果实成熟调控机制提供了基础.3.ABA含量在冬枣果实白熟期迅速增加,并在成熟过程中维持相对稳定,表明ABA在诱导枣果实成熟的启动和维持成熟进程中具有重要作用.鉴定了ABA生物合成,分解,同化和信号转导通路的49个候选基因,利用qPCR技术研究其在冬枣果实不同发育和成熟阶段的表达发现,9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(ZjNCED3),ABA8′-羟化酶(ZjCYP707A2)和β-糖甙酶(ZjBG4,ZjBG5,ZjBG8和ZjBG9)等基因相互作用,动态调控ABA的积累;而由受体(ZjPYL8),蛋白磷酸激酶2C(ZjPP2C4,ZjPP2C5,ZjPP2C6,ZjPP2C7和ZjPP2C8)和蔗糖非依赖-1关联的蛋白激酶(ZjSnRK2-2和ZjSnRK2-5)等基因组成的ABA信号转导通路,在调控果实对ABA响应的敏感性及成熟过程具有重要作用.该研究揭示了ABA在冬枣果实发育与成熟过程中的动态积累特征及其分子调控机制.4.白熟期冬枣果实响应50 mg L~(-1)外源ABA处理,诱导果实中内源ABA含量迅速增加,促进果实呼吸速率和乙烯释放量;反之,50 mg L~(-1)去甲二氢愈创木酸(NDGA)则具有部分抑制作用;果实中的可溶性糖含量在采后贮藏过程中呈下降趋势,外源处理对其含量的影响不显著.通过对处理后1d的对照和处理组果实的转录组测序和分析,分别鉴别到1103和505个基因受ABA和NDGA的显著诱导,这些差异基因主要涉及光合代谢,次级代谢,脂类代谢,细胞壁代谢以及淀粉与蔗糖代谢等过程,表明ABA可能直接或间接参与调控上述过程相关基因的表达模式,并诱导和维持果实成熟进程.同时,ABA能够诱导乙烯,赤霉素,细胞分裂素和生长素等激素相关基因的表达,并诱导bZIP和AP2/ERF等转录因子共同调控果实成熟.该研究阐明了ABA关联的成熟代谢通路,初步构建了枣果实成熟调控网络,为深化对非跃变型果实成熟调控的理解提供了基础.

展开

关键词：

枣；乙烯；脱落酸；果实成熟；非跃变

学位级别：

博士

DOI：

CNKI:CDMD:1.1019.810210