榴莲PG基因家族鉴定及其裂果的果胶变化分析

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榴莲(Durio zibethinus Murr)有“热带水果之王”的美誉,因其口感独特、营养价值丰富而广受消费者青睐。榴莲是呼吸跃变型果实,采后内源乙烯释放导致果实发生软化、果皮开裂,从而促使榴莲果实达到完熟状态,因此研究榴莲采后果皮开裂与果肉软化的机理,对延长榴莲果实的保鲜期具有重要意义。多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)能够催化果胶分子中1,4-a-D聚半乳糖醛酸的裂解,导致果胶发生降解,影响细胞壁结构。到目前为止,PG基因的功能在许多物种中都有研究,发现它们主要参与果实的成熟软化、器官脱落、果荚的开裂等过程,但目前还未见关于榴莲PG基因鉴定的相关报告。因此,本研究对榴莲PG基因家族进行了分析鉴定,并结合种内种间进化分析、基因表达分析,探究PG基因对榴莲果肉成熟软化及果皮开裂的影响机制。此外,本研究还探究了完熟过程中榴莲乙烯合成的组织特异性,并比较了榴莲裂果前后假果皮隔膜与果肉中的果胶结构变化,取得的主要研究结果如下:1.从榴莲基因组中共鉴定到57个PG基因成员,其DzPG基因家族成员编码的蛋白质长度为266~609 aa,分子质量介于28.79~65.05 kDa,等电点位于4.58~9.59之间。蛋白结构域分析表明,38个DzPG成员包含了4个典型的保守结构域(Ⅰ-Ⅳ,其序列为SPNTDGI、GDDC、CGPGHG、RIK);系统发育树与基因结构结果分析表明,榴莲、拟南芥、番茄和水稻PG的家族基因分成7个亚族,相同亚族的基因结构和Motif分布较为相似;57个榴莲PG基因被发现不均匀地分布于23条scaffold上,其中包含了5对串联重复和36对片段复制基因对;种间共线性分析显示,榴莲与拟南芥的亲缘关系最为接近,共包含48对同源基因。转录组基因表达分析发现,DzPG1、DzPG3、DzPG4、DzPG13、DzPG41、DzPG54、DzPG49在果肉中表达相对较高,其中DzPG1/DzPG3/DzPG4的表达量显著较高,此外DzPG25、DzPG48和DzPG49在隔膜组织中高表达,说明它们可能分别在参与榴莲果实软化与果皮开裂的过程中有重要地位。2.对榴莲不同组织乙烯释放量测定发现,在榴莲果实开裂后,隔膜的乙烯释放量最多,因此,隔膜产生的乙烯可能是推动果实后熟与开裂的主要因素。进一步研究发现,果实开裂过程中榴莲果肉与开裂部位隔膜中的PG酶活性显著升高,果胶溶解性显著提高,且裂口部位隔膜中HGA果胶结构在榴莲开裂前后发生了明显变化,提示PG参与的果胶变化可能是导致榴莲果皮开裂与果肉软化的原因。
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