日中性草莓果实糖积累特性及蔗糖积累相关SWEET基因的功能分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wyzwayjx
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日中性草莓,也叫四季草莓,具有周年生产且抗性优良等特点被生产者所重视。但与短日照草莓相比,日中性草莓由于果实糖含量低的缺点,导致其难以被广泛推广。至今对日中性草莓果实的低糖形成机理未得到解析制约其品种改良进程。本研究立足草莓定向育种战略考虑,以5个日中性草莓品种‘蒙特瑞’(Monterey)、‘圣安德瑞斯’(San Andreas)、‘波特拉’(Portola)、‘钻石’(Diamante)、‘海景’(Seascape)和5个短日照草莓品种‘红颜’(Benihoppe)、‘章姬’(Akihime)、‘圣诞红’(Santa Red)、‘妙香七号’(Miaoxiang No.7)、‘宁玉’(Ningyu)为实验材料,基于代谢水平、转录水平、遗传水平等方法比较日中性草莓和短日照草莓品种间糖分差异的原因,解析日中性草莓低糖形成机理。主要结果如下:1、蔗糖含量低是日中性草莓果实低糖含量形成原因。检测发现日中性草莓果实的可溶性固形物(Total suspended solids,TSS)和可溶性总糖(Soluble sugar content,SSC)含量显著低于短日照草莓品种;进一步分析发现日中性草莓果实的蔗糖含量(11.08~14.28mg·g-1FW)仅为短日照草莓(31.00~41.09 mg·g-1FW)25%左右,然而葡萄糖和果糖组分没有显著差异。随后,采用超高效液相色谱分析发现短日照草莓(‘红颜’)的糖组分在果实成熟过程中都有积累,其中蔗糖积累速度显著高于葡萄糖和果糖;蔗糖的含量在果实退绿期后快速增加,最后在成熟期成为果实中含量最多的糖组分,约占总糖含量43.00%;然而,相较而言,日中性草莓(‘蒙特瑞’)蔗糖含量的积累速度显著低于短日照草莓(‘红颜’),果实成熟期的蔗糖仅占总糖含量的20.37%,并低于‘红颜’草莓22.63%。结果表明,日中性草莓和短日照草莓糖含量差异是蔗糖组分的积累不同导致。2、草莓果实蔗糖积累通路解析。为探究草莓果实调控蔗糖积累的相关基因,本研究梳理了蔗糖相关的转运、合成和代谢途径。其中糖转运途径包括SWEET、SUT和MFS单糖转运体三个家族;蔗糖合成途径包括两个路径,即SUS合成途径和SPS-SPP合成途径;蔗糖降解途径包括SUS、CWINV、CIN和VIN四个途径。基于9个蔷薇科物种基因组(栽培草莓、森林草莓、饭沼草莓、黄毛草莓、绿色草莓、委陵菜、黑树莓、月季以及蔷薇),总共筛选获得1209个与蔗糖积累有关成员,其中栽培种草莓(Camarosa)基因组中共鉴定344个成员,并依据拟南芥命名系统重命名。基于11个短日照草莓品种的果实发育转录组实验数据集表明,糖转运途径FanSWEET5e.7、Fan TMT1.1,1.2,1.3,1.4和Fan PMT1.1,1.3,蔗糖降解途径FanSUS2a.1,2a.2,2a.3,2a.4和FanCWINV1c.1,1c.2与果实糖分积累具有潜在相关,但是不涉及果实中蔗糖合成途径,暗示成熟果实的蔗糖依靠SWEET基因通过筛管运输获得,而葡萄糖和果糖通过CWINV和SUS分解蔗糖获得,随后通过PMT和TMT转运进液泡积累。3、FanSWEET5e.7涉及日中性草莓与短日照草莓品种的蔗糖含量差异性。通过q RT-PCR实验表明FanSWEET5e.7的表达水平在日中性草莓(‘蒙特瑞’)果实成熟过程中显著低于短日照草莓(‘红颜’),而其他蔗糖积累相关候选基因表达水平无显著差异。然后,通过酵母异源表达实验表明FanSWEET5e.7具有转运蔗糖的功能。进一步在‘蒙特瑞’草莓果实中过表达FanSWEET5e.7基因能显著提高成熟期果实的蔗糖、TSS和SSC含量;同时在‘红颜’草莓果实中抑制FanSWEET5e.7基因表达能显著降低成熟期果实的蔗糖、TSS和SSC含量。这些结果表明FanSWEET5e.7涉及日中性草莓与短日照草莓品种糖含量的差异。以上结果揭示了一个关于果实成熟过程中FanSWEET5e.7基因表达低下导致蔗糖组分积累不足,最终形成日中性草莓的低糖含量的果实品种形成机制,为培育高糖优质日中性草莓品种提供理论基础。
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