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糖是果实品质形成的基础和关键因素,番茄是典型的果实己糖积累型植物,高蔗糖积累型番茄对人类的健康将起一定作用,被越来越多人所关注。目前有关蔗糖积累型番茄的蔗糖积累机理研究报道较少,本论文以果实蔗糖积累型番茄(S)和己糖积累型番茄(H)为试材,初步阐明蔗糖积累型番茄果实糖卸载路径及蔗糖积累机理,以期为番茄果实糖代谢调控提供科学理论依据。
1、蔗糖积累型番茄果实(S)Vc含量、可溶性总糖含量、糖酸比以及番茄红素含量在完熟期高于己糖积累型番茄果实(H)。
2、在果实发育整个过程中,S型果实的蔗糖含量始终在各组织部位比H型果实的含量高。在成熟期,S型果实隔膜组织蔗糖含量是H型的9倍。蔗糖是蔗糖积累型番茄果实糖积累的最主要形式,积累时期始于绿熟期,在完熟期达到最高,主要积累组织部位隔膜和中果皮。与之相关的蔗糖代谢酶活性变化:酸性转化酶(AI)活性在S型整个果实发育时期维持在较低的水平,蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)活性在S型番茄果实高于H型,蔗糖积累型番茄果实的糖分积累和成分构成主要受低活性的酸性转化酶和高活性的蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶的影响。
3、透射电子显微镜观察S型与H型两种积累型番茄果实超微结构:在果实发育早期,S型番茄果实韧皮部和周围薄壁细胞之间的胞间连丝数量少,并且胞间连丝呈现未开放状态,同化物运输主要通过质外体途径;而H型番茄果实同化物能够通过胞间连丝从韧皮部运输到周围薄壁细胞中,存在共质体联系;在始熟后期成熟期,S型番茄果实韧皮部和周围薄壁细胞之间发现大量胞间连丝,同化物能够通过共质体途径从韧皮部运输到周围薄壁细胞中,而H型番茄与之相反,CC/PCs之间胞间连丝减少,同化物运输主要通过质外体途径。激光共聚焦显微镜观察不同发育时期羧基荧光素CF分布情况,发现S型果实发育过程中伴随着质外体和共质体卸载两种途径的交替转变,同时说明在番茄果实糖卸载路径中共质体运输占主导地位。
4、利用iTRAQ技术对不同糖积累型番茄完熟期果实差异蛋白进行GO和KEGGpathway分析。共鉴定3523个蛋白,以1.2倍上下调控筛选差异蛋白点,共获得差异蛋白420个,其中235个蛋白上调表达,185个蛋白下调表达。在蔗糖积累型番茄中,与蔗糖分解和光合作用相关的蛋白都显著降低,脂肪酸降解代谢途径中的大多数蛋白表达量都有显著増加。
5、随着果实发育,S型果实在各时期和各组织部位中AI表达量低于H型,持续低水平的表达,其结果与AI活性变化一致。SPS表达量在S型果实主要组织部位外、中、内果皮中低于H型果实;在胎座和隔膜组织部位中,高于H型果实,主要表达时期是完熟期;转录水平结果与SPS活性相反。SS表达组织部位主要在在S型番茄果实外、中、内果皮和隔膜组织中,其表达量低于H型果实;在胎座组织中,其表达量高于H型果实;转录水平结果与SS活性相反。蔗糖转运蛋白LeSUT4和LeSUT2基因的转录水平在S型番茄果实内各组织部位均较高,H型番茄中表达量较低;LeSUT2主要表达组织部位是外果皮和内果皮,在绿熟期、转色期和成熟期出现了3次高表达;LeSUT4是在成熟期内果皮组织出现比较高的表达水平。LeSUT1在两品种的不同组织部位和时期转录表达水平都相对比较低。因此,酸性转化酶和蔗糖转运蛋白LeSUT4、LeSUT2在S型番茄果实发育过程中发挥着重要的作用。
1、蔗糖积累型番茄果实(S)Vc含量、可溶性总糖含量、糖酸比以及番茄红素含量在完熟期高于己糖积累型番茄果实(H)。
2、在果实发育整个过程中,S型果实的蔗糖含量始终在各组织部位比H型果实的含量高。在成熟期,S型果实隔膜组织蔗糖含量是H型的9倍。蔗糖是蔗糖积累型番茄果实糖积累的最主要形式,积累时期始于绿熟期,在完熟期达到最高,主要积累组织部位隔膜和中果皮。与之相关的蔗糖代谢酶活性变化:酸性转化酶(AI)活性在S型整个果实发育时期维持在较低的水平,蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖合成酶(SS)活性在S型番茄果实高于H型,蔗糖积累型番茄果实的糖分积累和成分构成主要受低活性的酸性转化酶和高活性的蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶的影响。
3、透射电子显微镜观察S型与H型两种积累型番茄果实超微结构:在果实发育早期,S型番茄果实韧皮部和周围薄壁细胞之间的胞间连丝数量少,并且胞间连丝呈现未开放状态,同化物运输主要通过质外体途径;而H型番茄果实同化物能够通过胞间连丝从韧皮部运输到周围薄壁细胞中,存在共质体联系;在始熟后期成熟期,S型番茄果实韧皮部和周围薄壁细胞之间发现大量胞间连丝,同化物能够通过共质体途径从韧皮部运输到周围薄壁细胞中,而H型番茄与之相反,CC/PCs之间胞间连丝减少,同化物运输主要通过质外体途径。激光共聚焦显微镜观察不同发育时期羧基荧光素CF分布情况,发现S型果实发育过程中伴随着质外体和共质体卸载两种途径的交替转变,同时说明在番茄果实糖卸载路径中共质体运输占主导地位。
4、利用iTRAQ技术对不同糖积累型番茄完熟期果实差异蛋白进行GO和KEGGpathway分析。共鉴定3523个蛋白,以1.2倍上下调控筛选差异蛋白点,共获得差异蛋白420个,其中235个蛋白上调表达,185个蛋白下调表达。在蔗糖积累型番茄中,与蔗糖分解和光合作用相关的蛋白都显著降低,脂肪酸降解代谢途径中的大多数蛋白表达量都有显著増加。
5、随着果实发育,S型果实在各时期和各组织部位中AI表达量低于H型,持续低水平的表达,其结果与AI活性变化一致。SPS表达量在S型果实主要组织部位外、中、内果皮中低于H型果实;在胎座和隔膜组织部位中,高于H型果实,主要表达时期是完熟期;转录水平结果与SPS活性相反。SS表达组织部位主要在在S型番茄果实外、中、内果皮和隔膜组织中,其表达量低于H型果实;在胎座组织中,其表达量高于H型果实;转录水平结果与SS活性相反。蔗糖转运蛋白LeSUT4和LeSUT2基因的转录水平在S型番茄果实内各组织部位均较高,H型番茄中表达量较低;LeSUT2主要表达组织部位是外果皮和内果皮,在绿熟期、转色期和成熟期出现了3次高表达;LeSUT4是在成熟期内果皮组织出现比较高的表达水平。LeSUT1在两品种的不同组织部位和时期转录表达水平都相对比较低。因此,酸性转化酶和蔗糖转运蛋白LeSUT4、LeSUT2在S型番茄果实发育过程中发挥着重要的作用。