红肉坪山柚的亲缘关系及果实类胡萝卜素积累机制研究

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坪山柚(Citrus maxima cv.‘Pingshan’)原产福建省漳州市华安县黄枣村坪山场。由于当地产业更替,加之管理粗放,导致品质降低,坪山柚产量急降,近年来对坪山柚进行品种改良,推动坪山柚产业,如红肉坪山柚的种植推广。本研究分析红肉坪山柚的品质表现,与其它柚品种及单株的亲缘关系;比较分析红肉坪山柚转录组及类胡萝卜素合成基因表达,筛选出类胡萝卜素合成关键基因,探明红肉坪山柚果肉类胡萝卜素与脱落酸(Abscisic acid,ABA)含量及相关基因表达的变化,为坪山柚的选育、栽培提供理论基础。1、对包括3个红肉坪山柚在内的15个柚优良单株果实进行品质测定,结果表明,红肉坪山柚的果皮厚度,固酸比及糖酸比显著高于三红蜜柚;单果籽重,可滴定酸(TA)含量,囊衣及油胞层的总类胡萝卜素显著低于三红蜜柚;红肉坪山柚与三红蜜柚在其他指标上无显著差异。在坪山柚单株果实品质比较中,红肉坪山柚果实的果形指数,汁胞、囊衣及海绵层中的总类胡萝卜素显著高于其它坪山柚;单果籽重显著低于其它坪山柚;果重,纵径,横径,果皮厚度,可溶性固形物(TSS)含量,可溶性糖(WSS)含量,TA含量,抗坏血酸(Vc)含量,总酚含量(TPC),固酸比,糖酸比及油胞层总类胡萝卜素含量等指标方面,红肉坪山柚均未发现与其它坪山柚具有显著差异。2、对包括3份红肉坪山柚在内的33份柚材料进行遗传多样性分析,结果表明,20条引物总共扩增出215条条带,多态性条带122条,多态率为56.74%,遗传相似性系数分布在0.6791~0.9860,平均遗传相似性系数为0.8508,33份柚种质可分为坪山柚、红猴柚优良株系及琯溪蜜柚及其芽变品种三大类群。红肉坪山柚与其它坪山柚聚为一类,是坪山柚的一个新种质,其遗传相似性系数分布在0.8326~0.9860。3、红肉坪山柚(HR)与普通坪山柚(BR)果实在转色中,其纵径,横径,果重,可食率,TSS含量,WSS含量,糖酸比,Vc含量整体呈上升趋势;果形指数,果皮厚度,果肉硬度,TPC,各部位玉米黄素,油胞层叶绿素含量整体呈下降趋势;而TA含量具有明显先减后增的趋势,固酸比则先增后减,油胞层色泽逐渐由绿转黄,后出现红色。4、对红肉坪山柚汁胞(R)、海绵层(M)及油胞层(P)进行转录组比较分析,结果表明,通过测序和质量控制,共获得59.99Gb Clean Data,经组装和注释,共28399(87.8%)个unigenes注释到七大数据库。基于KEGG通路富集分析发现,共71个基因涉及类胡萝卜素生物合成通路。通过差异表达分析,(P和M、P和R、R和M,前者为对照),类胡萝卜素生物合成通路中分别有16、10和25个DEGs。P和M中的14个DEGs下调,2个DEGs上调;P和R中的22个DEGs下调,3个DEGs上调;R和M中的2个DEGs下调,8个DEGs上调。类胡萝卜素生物合成通路的关键DEGs主要在P中表达,其次是M,R中表达较低。5、在HR和BR的各部位均检测出含有番茄红素、β-胡萝卜素及玉米黄素。各部位玉米黄素含量均随转色降低。汁胞、囊衣及海绵层的番茄红素及β-胡萝卜素含量在转色中增加。油胞层中的番茄红素和β-胡萝卜素呈先降后升的趋势,成熟时玉米黄素含量显著高于前两者,番茄红素含量最低。随果实转色,囊衣及海绵层中ABA含量增加,油胞层中ABA含量先降后升;海绵层中的ABA含量最高,其次是囊衣和油胞层。汁胞中未检测出ABA。大多数类胡萝卜素合成通路基因在柚果实各部位的表达两两之间具有相关性。Cm LCYB和Cm AAO3之间相关性系数R绝对值最大,为0.840(P<0.01),显著正相关。其次是Cm LCYB和Cmcrt Z,相关系数R为0.837(P<0.01),显著正相关。第三是Cm PSY和Cmcrt Z,相关系数R为0.833(P<0.01),显著正相关。红肉坪山柚果实中油胞层的类胡萝卜素及ABA主要依赖自身合成,而汁胞、囊衣及海绵层的番茄红素和β-胡萝卜素来自油胞层合成后的运输,玉米黄素及ABA则依赖自身合成。
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