VvERF95调控贮藏期间葡萄穗梗失绿的分子机制

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葡萄是一种世界上栽培的重要的果树之一,由于葡萄皮薄多汁,营养物质丰富,果皮和种子中富含原花青素和白藜芦醇等功能性营养成分深受消费者喜爱。葡萄属于非呼吸跃变型果实,无明显的乙烯释放高峰,但有研究表明穗轴和果梗的呼吸强度要比果实的呼吸强度高10倍以上,乙烯释放量升高加速了衰老进程,导致葡萄穗梗失绿,严重降低了采后贮藏期间葡萄的品质。本研究发现1-MCP处理可延缓葡萄穗梗失绿,处理后穗梗中乙烯释放量降低,叶绿素含量较高,根据文献报道和本研究的结果推测,乙烯调控叶绿素降解在穗梗失绿过程中发挥重要的作用。然而,葡萄中,乙烯调控叶绿素降解的分子机制报道较少。课题组前期研究选定关键基因VvERF95,本研究以‘阳光玫瑰’葡萄为材料,通过研究葡萄采后贮藏期间1-MCP延迟穗梗失绿,明确VvERF95对贮藏期间葡萄穗梗失绿及叶绿素降解基因的调控。主要研究结果如下:1、从‘阳光玫瑰’葡萄中克隆得到VvERF95基因,编码130个氨基酸,含有一个AP2/ERF保守结构域,属于ERF转录因子家族第IXb亚组成员,VvERF95的表达受乙烯调控;VvERF95是一个核膜共定位蛋白,具有转录激活活性。2、采摘成熟的‘阳光玫瑰’葡萄进行为期4周的贮藏,设置CK(对照)和1-MCP两个处理,CK处理的葡萄穗梗在贮藏3 d后出现乙烯释放高峰,贮藏2 w后褐化严重,贮藏结束后失水率高达60%,叶绿素含量下降至0.055 mg/g;1-MCP处理的葡萄穗梗在贮藏1 w后出现乙烯释放高峰,贮藏3 w后褐化严重,贮藏结束后失水率不到50%,叶绿素含量下降至0.07 mg/g。3、定量分析发现,与CK相比,1-MCP处理的葡萄穗梗中VvERF95表达显著降低。对CK、1-MCP处理的葡萄穗梗提取RNA,分析叶绿素降解途径基因表达量,结果显示在贮藏期间VvERF95、VvPAO1、VvPAO2、VvCLH1、VvNOL在CK处理中表达量高于1-MCP处理;VvNYC1在1-MCP处理中表达量高于CK处理;VvRCCR在贮藏前期CK处理中的表达量较高,在贮藏后期表达量则低于1-MCP处理。4、为探究VvERF95是否调控叶绿素降解相关基因的表达,对叶绿素降解相关基因的启动子顺式元件进行分析,利用酵母单杂交、双荧光素酶、EMSA试验进行验证。启动子分析结果显示,叶绿素降解相关基因启动子中均含有ERF转录因子的结合元件;酵母单杂交和双荧光素酶试验结果表明,VvERF95可以与VvPAO1的启动子结合,正调控VvPAO1启动子活性;对启动子分段再次进行酵母单杂交确定结合的顺式作用元件为CAGCC,即VvERF95与VvPAO1启动子的DRE顺式作用元件CAGCC结合从而正调控VvPAO1的表达,EMSA试验则证实了以上结果。5、构建35S启动子的VvERF95过表达载体,通过稳定转化葡萄对VvERF95进行功能验证,获得了3个过表达葡萄转基因株系OE-6、OE-7、OE-10,对这三个株系进行表型观测、叶绿素含量测定、叶绿素降解途径相关基因的定量分析。结果显示,过表达株系的叶片与对照相比较黄,测得的叶绿素含量与对照相比显著下降,VvERF95及叶绿素降解相关基因的表达量均显著上升,表明在葡萄中过表达VvERF95可以促进叶绿素降解相关基因表达量升高,促进叶绿素降解。
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