栓皮栎和蒙古栎果实化学成分比较及其发育过程中多酚代谢通路解析

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zoxn2008
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随着全球气候变化和人口不断增长,粮食供应短缺问题将会愈发严重。壳斗科(Fagaceae)植物果实有替代传统粮食作物的潜力,可开发为一种新的淀粉来源和功能性食品。我国栎属(Quercus)果实年产量巨大,但目前开发利用程度却远远滞后。本研究以栓皮栎(Q.variabilis)和蒙古栎(Q.mongolica)为对象,首先对不同种源果实性状进行比较分析,然后分析栓皮栎果实在发育阶段,不同组织中多酚含量的动态变化,并利用RNA-seq技术解析发育过程中栓皮栎果实壳斗和种仁中多酚类物质的合成途径。主要研究结果如下:(1)不同种源蒙古栎和栓皮栎果实性状具有显著差异。果实体型和多酚含量与地理位置之间存在一定的相关性。随着纬度的增加,果实体型增加,多酚含量减少。华北地区的蒙古栎和西南地区的栓皮栎果实具有较高的淀粉和多酚含量。总体来说,栓皮栎分布范围更大,其果实中总多酚含量显著高于蒙古栎。(2)栓皮栎各组织中游离酚显著高于结合酚含量。在果实发育过程中,壳斗中多酚含量高于其他组织,壳斗和果皮中多酚含量呈不断下降趋势;种仁中多酚含量呈先上升后下降的趋势;树皮和叶片中的多酚含量变化趋势平缓。各组织的多酚含量与总抗氧化能力具有相关性,其中种仁中有效抗氧化成分占比较高。(3)以栓皮栎不同发育阶段的壳斗和种仁为对象,利用RNA-seq测序技术研究表明,在壳斗发育的6个时间点,相邻两个时间节点的差异表达基因数量依次为134、687、610、1028和179个。在种仁发育的5个时间点,相邻两个时间节点差异表达基因数量依次为1251、373、1247、538个。生物信息学分析表明,不同发育时期果实壳斗和种仁基因表达谱存在显著差异且具有组织特异性和时间特异性。GO和KEGG富集分析表明,果实中的差异表达基因主要富集在代谢途径和次生代谢物的生物合成。其中,壳斗中苯丙烷和类黄酮生物合成基因主要富集在发育中后期,种仁中差异基因则主要富集在发育初期和后期,与多酚含量变化趋势一致。WGCNA分析共鉴定出30个模块,其中一个与多酚含量呈显著正相关,对这个模块基因进行GO富集分析,发现该模块的基因主要富集在与多酚相关的芳香族及环状化合物合成过程,有15个基因可能主要参与栓皮栎果实发育过程中多酚类物质代谢途径。并且,在果实发育过程中共发现12个基因家族的83个基因参与苯丙烷物质生物合成途径,11个基因家族的31个基因参与黄酮类物质和花青素生物合成途径。综上所述,本研究比较系统地比较评价了不同种源蒙古栎和栓皮栎果实性状,并首次探究了其多酚类物质积累的分子基础,为后续壳斗科果用资源选育和深入研究调控果实多酚代谢关键基因和改善果实开发利用现状奠定基础。
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