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红肉柑橘品种因为具有较高的营养保健价值和特殊的感官吸引力,深受消费者的喜爱。处红柚(Citrus maxima cv.Chuhong)是浙江地方良种,风味浓郁,因富含类胡萝卜素,果肉呈均匀的深红色,海绵层淡红色,翡翠柚(Citrus.maxima cv.Feicui)也是浙江地方良种,果肉淡绿色,风味清淡爽口。两个品种相比较,除果肉色泽外,在果实风味、香气等方面的品质均有明显差异。它们虽不是一对突变体材料,但鉴于其相同的生境、相同的柚基因组背景及差异较大的感官品质,成为本研究阐明柑橘品质协同变化趋势的一对理想材料。首先,本研究利用HPLC、GC-MS等技术检测两种柚果实在不同生长发育时期中类胡萝卜素、初生代谢物、柠檬苦素类似物、脱落酸(ABA)和挥发性物质等品质相关代谢物质的组成和含量;其次,深入分析类胡萝卜素代谢途径上结构基因的表达情况,并进一步对类胡萝卜素合成相关基因进行克隆和序列分析;最后,对几个萜类代谢途径上相关基因的启动子进行生物信息学分析。并在详细描述处红柚果实生长发育过程中类胡萝卜素积累变化的同时,探索类胡萝卜素代谢与其它果实品质的相互调控关系,为处红柚果实红肉等品质性状的形成机理提供更多的理论依据。主要研究结果如下:1.对类胡萝卜素的分析表明,成熟期处红柚果实白皮层、囊衣和汁胞呈红色是由于番茄红素和总类胡萝卜素的大量累积所致,翡翠柚果实各组织基本不含番茄红素,且内部三层组织总类胡萝卜素含量在整个生长期都较低(≤8.02±0.72μg/g,DW);100DPA前,处红柚和翡翠柚黄皮层均以累积叶黄素和β-胡萝卜素为主;随着果实发育,处红柚白皮层和囊衣番茄红素的含量逐步升高,到150DPA又急剧降低;而处红柚汁胞层番茄红素含量随果实发育持续升高,最高值出现在150DPA时,达426.98±35.8μg/g,DW。2.选择类胡萝卜素含量变化较大的45、75、100和150DPA四个生长发育时期,对汁胞初生代谢物质进行检测。结果表明,在20种初生代谢物质中,蔗糖是最主要的可溶性糖,在150DPA时,处红柚中蔗糖含量(92.30 mg/g,DW)占所测糖总量的61.70%,翡翠柚中占比则为57.25%(121.67 mg/g,DW);在100DPA-150DPA期间,蔗糖、葡萄糖、果糖、D-半乳糖和半乳糖苷果糖在处红柚汁胞中含量无显著性变化,而在翡翠柚汁胞中均显著性升高,且均于150DPA时含量显著高于处红柚中。两种柚汁胞有机酸均以柠檬酸为主,且随果实发育均呈现先增高成熟期降低的变化趋势;在整个果实发育期,处红柚汁胞中柠檬酸含量是翡翠柚汁胞的5.8倍~21.6倍。两种柚汁胞中检测到的5种氨基酸中,4-氨基丁酸在同期的两个柚汁胞中无显著差异,而在100DPA和150DPA,处红柚汁胞中L-天冬氨酸和天冬酰胺的含量均显著高于翡翠柚。3.在100DPA-150DPA期间,处红柚果实四层组织中柠檬苦素和诺米林素含量与翡翠柚相比均有显著差异,且囊衣和汁胞层的含量在两个柚品种间变化趋势相反;在成熟期时(150DPA),处红柚囊衣和汁胞中柠檬苦素含量分别是翡翠柚中的2.74倍和4.91倍,而且诺米林素含量分别是翡翠柚中的3.16倍和4.62倍。4.在100DPA-150DPA时,ABA在处红柚汁胞中含量逐渐降低,150DPA时含量最低,为0.78μg/g,DW;而ABA在翡翠柚汁胞中含量逐渐升高,与处红柚变化趋势相反,于150DPA时含量达到最高,为3.15μg/g,DW,是处红柚中的4.04倍。5.在两个柚品种成熟期黄皮层中共检测到69种挥发性物质,主要为单萜类,其在处红柚和翡翠柚中分别占挥发性物质总量的99.63%和99.57%,其中d-柠檬烯是主要挥发性物质,在两种柚中分别占挥发性物质总量的96.67%和82.43%;52种物质的含量在两个柚品种中存在显著性差异;其中单萜酯类的乙酸香叶酯在两个柚品种中含量差异最大,翡翠柚中是处红柚中的19.7倍。6.对应整个生长发育时期,分析发现类胡萝卜素代谢途径11个相关结构基因在处红柚和翡翠柚果实各组织的表达存在显著差异,偏相关分析表明与处红柚果实内部三层组织中番茄红素的含量及总类胡萝卜素含量显著相关的结构基因各不相同。7.主要克隆了处红柚和翡翠柚汁胞类胡萝卜素代谢途径上11个结构基因cDNA并进行序列分析,结果表明除ZISO基因以外,其余基因在两种柚果实不同组织中均存在不同的转录本,其中DXR,PSY,CRTISO,LCYb2,LCYe和ZEP这6个基因在两个柚果实汁胞中主要转录本不同,可能对两个品种汁胞显著不同的类胡萝卜素积累模式有主要贡献。其中二柚果实四层组织PSY基因共有6种转录本,处红柚克隆到其中4种转录本,翡翠柚克隆到其中3种转录本,各转录本不仅存在单核苷酸的差异,还存在简单重复序列(AAT)的差异,然而,经分析其它红肉柚和普通柚的PSY基因序列,发现AAT重复序列与番茄红素的积累没有直接关系。8.对萜类代谢途径30个相关基因启动子区进行生物信息学分析,预测发现ATSOC1(MIKC-MADS家族)、F13F21.8(B3家族)、AIL2(AP2家族)和DOF家族的DOF1.7、DOF1.10、DOF2.2、DOF3.4、DOF4.7、DOF5.1、DOF5.6共10个转录因子均同时调控5~11个从MEP途径基因到下游类胡萝卜素合成或裂解基因、柠檬苦素类似物合成关键基因和其它萜类合成酶基因等,说明可能存在若干个转录因子同时调控萜类代谢途径上多个结构基因。综上所述,两个柚果实品质相关代谢物质——类胡萝卜素、糖酸、柠檬苦素类似物、ABA和挥发性物质的含量均存在显著性差异,类胡萝卜素代谢途径上结构基因不同转录本,及其在两种柚不同组织中表达丰度差异的综合效应是导致类胡萝卜素在两个不同柚品种、同品种不同组织中差异积累的直接原因,本研究没有发现类胡萝卜素代谢途径上结构基因的关键突变。本研究从类胡萝卜素及其他萜类相关代谢途径的视角分析了处红柚和翡翠柚的代谢差异,并从类胡萝卜素代谢相关结构基因不同转录本的差异表达层面分析其色泽差异形成的原因,为柑橘综合品质的提升实践提供了新的理论依据。