中国东、西部产区‘赤霞珠’葡萄类黄酮代谢差异以及叶幕调控对黄烷醇代谢的影响

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类黄酮类物质主要包括黄酮醇,黄烷醇和花色苷,它们对葡萄酒的颜色和口感起到决定性的作用,因此葡萄果实的类黄酮代谢一直被广泛研究。类黄酮代谢受果实生长环境的影响较大,大量研究表明,光照对葡萄果实中的黄酮醇和花色苷合成有促进作用,而对黄烷醇的影响一直未得到确切答案。本研究首先通过RNA-seq和HPLC-MS技术分别从转录水平和代谢产物水平对中国东、西两个重要的葡萄酒产区的‘赤霞珠’葡萄类黄酮代谢进行了分析比较。在分析得到光照为造成产区差异的重要环境因素之一后,连续三年(2011-2013)在新疆玛纳斯地区进行了一系列果穗周围叶幕光环境调控的实验,并着重分析了光照对黄烷醇合成代谢的影响。具体结果如下:对河北昌黎和甘肃高台三个发育期(花后三周,开始转色,果实成熟)的‘赤霞珠’葡萄果实参与苯丙烷-类黄酮代谢的结构基因和调控基因进行了较为全面和深入的转录组测序和表达谱分析,并对样品的类黄酮产物水平进行了检测分析。因两产区不同的气候特点,两产区类黄酮代谢存在产区特异性,光照强、日照时间长、干旱少雨的高台地区的葡萄果实中黄酮醇和花色苷以及三羟基化的类黄酮物质合成积累较高,而在昌黎则为二羟基化产物合成累积较活跃,这也间接影响了黄烷醇水平在昌黎地区较低。以改良的VSP(M-VSP)、双主蔓(F-TT)和多主蔓(F-MT)三种整形方式的‘赤霞珠’葡萄植株为实验材料,着重分析不同整形方式对葡萄果实中黄烷醇生物合成的影响。连续两年的实验结果表明,M-VSP的黄烷醇合成相关酶基因ANR,LAR1和转录因子MYBPA1的表达明显高于F-TT和F-MT的果实,各类黄烷醇和总黄烷醇的含量也显著高于另两种整形方式。此外,M-VSP的三羟基黄烷醇比例较低,平均聚合度较高。通过摘除果穗周围叶片来进行果实曝光处理,分别从转录水平和产物水平研究光照在果实不同发育期对黄烷醇合成积累的影响。结果表明,果实膨大期曝光能够促进黄烷醇合成相关的酶基因和转录因子的基因表达,黄烷醇合成量较对照高。在果实转色后,果实开始进入成熟阶段,黄烷醇的含量和浓度开始下降,其中,果穗曝光处理的果实中黄烷醇下降幅度较对照大,因此到采收时降至低于对照。三羟基化黄烷醇所占比例在各曝光处理的果实中较高,黄烷醇的平均聚合度在对照果实中较高。为进一步研究光照对葡萄果皮黄烷醇合成代谢的影响,对‘赤霞珠’果实在不同发育期进行套袋以达到完全遮光的效果。实验结果表明,遮光不仅能够直接影响黄烷醇合成路径上的关键基因表达,还能通过影响果实发育进程来间接影响黄烷醇的合成积累。连续两年的实验结果均显示,早期遮光,后期照光更有利于新疆地区‘赤霞珠’果皮黄烷醇的合成积累。本实验为研究环境对酿酒葡萄黄烷醇代谢的影响提供了新的思路,为酿酒葡萄栽培管理提供了可靠的理论依据,并且对后续深入研究环境因子在葡萄次生代谢中的调控作用也有重要的参考价值。
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