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本研究以香蕉果实为实验材料,通过RT-PCR扩增并结合RACE的方法克隆得到香蕉的脂氧合酶基因,命名为MaLOX1,研究了LOX基因、乙烯生物合成及感受相关基因在香蕉果实冷害进程中以及丙烯减轻香蕉低温储藏冷害中的表达特性及其与果实冷害的关系,探讨了LOX基因及乙烯生物合成基因在采后不同后熟时间的香蕉果实中的表达特性及其与果实成熟的关系。主要结果如下:
1.获得了一个香蕉脂氧合酶基因的3CDNA序列,命名为MaLOX1,片段长2382bp,编码区长2169bp,编码723个氨基酸,3非编码区长213bp。聚类分析表明,MaLOX1和单子叶植物的水稻,小麦中非传统的9/13双位点脂氧合酶家族较接近。Northern杂交结果表明MaLOX1除了在中叶片表达较弱外,在根,花蕊,花苞,果皮,果肉中均有较强表达。
2.脂氧合酶在香蕉果实成熟进程中起着重要的作用。在自然成熟和丙烯加速成熟的香蕉果实中,果皮中LOX活性及其基因表达都经历了先下降再升高的过程,且活性高峰的出现均位于乙烯高峰之前。丙烯对不同后熟时间(后熟10h和48h)的香蕉果皮和果肉中脂氧合酶的调控作用存在差异:丙烯诱导了后熟48h的香蕉果皮中LOX基因表达及活性峰值的出现,不能诱导后熟10h的香蕉果皮中LOX表达及活性。香蕉乙烯高峰的出现需要脂氧合酶和ACS,ACO的协同配合,说明脂氧合酶在香蕉果实成熟进程中起着重要的作用。
3.不同后熟时间(后熟10h和48h)的香蕉果实对丙烯的响应存在差异。丙烯处理促进了后熟48h香蕉果皮中MaACS、MaACO、MaERS3、EIN3基因家族(MaEIL1,MaEIL2)的表达,抑制了MaCTR4第3d后的表达;在后熟48h的香蕉果肉中丙烯处理抑制了MaCTR2,MaCTR4第3d后的表达;MaEIL1的表达受到丙烯诱导增强,且与MaACS,MaACO的表达趋势一致:MaEIL2,MaEIL3,MaEIL4的表达在第3d后受到抑制减弱。而后熟10h的香蕉经丙烯处理后未出现上述情况。
4.脂氧合酶和乙烯受体基因MaERS1、MaERS3参与了丙烯诱导的香蕉果实低温耐性形成。常温下丙烯处理诱导了MaERS1的表达,维持MaERS3在低温下较强的转录水平,抑制了果皮中MaETR4,果肉中MaEIL4表达,通过启动乙烯介导的胁迫反应,调控的下游LOX基因的表达,提高了果皮中LOX活性及茉莉酸含量,减轻了香蕉果实冷害。水杨酸抑制了丙烯处理后香蕉果皮中LOX活性的升高和茉莉酸含量的增加,从而削弱了丙烯处理对香蕉果实低温冷害的缓解作用。
5.冷害严重的香蕉果实不能正常成熟与LOX、ACO和ACS之间的协同性遭到破坏有关。短期低温(712贮藏3天)的香蕉果实经丙烯处理后正常转黄,果实硬度下降,乙烯高峰释放正常。而长期受低温冷害(7℃贮藏8天)的果实果皮褐变严重,造成果实中乙烯信号转导相关基因MaERS1,MaERS3不能正常的感受外界乙烯刺激,影响到下游MaCTR4的正常表达,导致丙烯对乙烯核内信号元件MaEIL1,MaEIL2,MaEIL4的调控出现了异常,从而造成MaACO表达减弱和MaLOX1表达提前,LOX、ACO和ACS之间的协同性遭到破坏使乙烯高峰释放推迟和峰高降低,导致果实不能正常成熟。