1-MCP处理引起番木瓜后熟障碍的分子机理研究

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番木瓜(Carica papaya L.)是我国亚热带经济作物之一,营养及经济价值高。番木瓜是典型的呼吸跃变型果实,采后成熟快、易软化腐烂而不易保鲜,在贮藏和运输过程中损失严重。乙烯受体抑制剂1-甲基环丙烯(1-MCP)可有效延缓果实成熟和软化,但1-MCP处理不当容易引起番木瓜果实不正常软化,造成后熟障碍。因此研究1-MCP引起后熟障碍的分子机制,可为提高番木瓜贮藏保鲜技术提供理论参考依据。本研究以课题组前期所获得的番木瓜不同时间1-MCP处理的表型为研究基础,采用液质联用仪测定了不同处理后熟过程中IAA含量,对蛋白质组和转录组数据进一步分析和挖掘,通过RT-q PCR基因表达验证,筛选到大量差异表达转录因子和差异功能蛋白基因,以差异表达倍数最显著的乙烯响应因子CpERF WRI1和MADS转录因子CpAGL18为主要研究对象,通过双荧光素酶报告基因实验(Dual-luciferase),在生长素信号途径和乙烯信号途径探寻二者可能存在的靶基因及调控效应,并进行转录调控机制的分析验证,以期阐明不适宜1-MCP处理后熟障碍的分子机理。主要研究结果如下:1.分析了CK、400 n L·L-11-MCP处理16 h、1 h三种处理番木瓜的生长素含量,发现IAA变化动态与1-MCP处理引起果实软化障碍呈负相关。1-MCP处理番木瓜果实16 h后,在整个后熟过程中,生长素含量被抑制在极低的水平,1-MCP处理1 h后,生长素含量相较于对照变化不大,高峰出现的时间在第2 d,较对照推迟1 d。400 n L·L-11-MCP结合2000 n L·L-1NAA处理的果实可以减轻后熟障碍,果实可以成熟软化。2.基于蛋白组差异蛋白分析,新筛选出17个差异蛋白,RT-q PCR结果显示CpGDH2、CpUCK、CpTrp B、CpMST、CpSAM的基因表达水平与后熟程度呈正相关,而且被1-MCP抑制;1-MCP处理16 h能完全抑制CpGDH2、CpUCK的表达。推测CpGDH2、CpUCK、CpTrp B、CpMST、CpSAM是1-MCP引起的后熟障碍中的关键差异蛋白。3.基于转录组差异基因分析,筛选出13个与成熟密切相关的乙烯、生长素信号通路差异基因、8个MADSs类转录因子。RT-q PCR分析结果显示CpERF WRI1、CpERS1、CpAGL18、CpAGL19、CpIAA16-like、CpGH3.1、CpARG7、CpSAUR21-like、CpSAUR32-like、CpARF2和CpAuxin-induced protein6B都与番木瓜后熟呈正相关,其表达水平被1-MCP显著抑制。CpAGL30、CpARF19-like是两个与后熟负相关的转录因子,长时间(16h)1-MCP处理显著促进其表达。4.基于转录组测序库,克隆获得了CpAGL18和CpERF WRI1全长cDNA序列,cDNA序列分别为777 bp、1176 bp分别编码个259、392氨基酸,相应的蛋白分子量为29.54 k Da、44.56 k Da,等电点分别为8.82、5.18。氨基酸序列比对和进化树分析表明,CpAGL18有M、I、C、K结构域,属于典型的MADS家族蛋白,与At AGL18亲缘关系较近。CpERF WRI1属于AP2/ERF转录因子家族,与苹果ERF WRI1亲缘关系较近。亚细胞定位结果表明CpAGL18定位在细胞核和细胞膜,CpERF WRI1定位在细胞核,是核蛋白。5.利用酵母双杂交和BIFC技术,试验结果表明,CpAGL18和CpEBF1/2有互作关系。6.双荧光素酶报告基因实验(Dual-luciferase)显示CpAGL18可激活CpWAT1和CpAuxin-inducedprotein6B启动子活性促进其表达增强,CpAGL18和CpEBF1互作后更加显著激活促进CpWAT1的启动子活性,CpERF WRI1可激活CpERS1的启动子。酵母单杂交(Yeast One-Hybrid Assay)的试验结果进一步表明,CpAGL18可结合CpWAT1启动子,CpERF WRI1可结合CpERS1的启动子。番木瓜叶片瞬时表达实验表明外源CpERF WRI1可以影响番木瓜内CpERS1的基因表达水平。综上所述,推测不适宜的1-MCP(16 h)处理显著抑制番木瓜后熟软化的原因有两方面,一方面CpAGL18及其互作蛋白CpEBF1通过转录调控抑制了CpWAT1的基因表达水平,显著影响了生长素含量,从而影响果实成熟软化;另一方面通过抑制CpERF WRI1表达,进而影响CpERS1的表达,影响乙烯信号传递和系统II乙烯的生成,从而进一步抑制了乙烯反应,导致果实后熟障碍。
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