基于转录组测序的褪黑素处理延缓冷藏枣果实软化机理研究

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枣(Ziziphus jujuba Mill.)为鼠李科枣属植物,在我国栽培历史悠久。枣中含有丰富的营养成分,包括抗坏血酸、氨基酸、矿物质和膳食纤维等。然而在采后贮藏过程中,枣果实极易出现失水、软化和质量恶化等现象。褪黑素是一种以色氨酸为合成前体的吲哚胺物质,在植物中可以影响植物生长、种子萌发、果实成熟软化等过程。然而关于外源褪黑素处理对采后枣果实软化的影响研究还比较少。基于此本文选用不同浓度的褪黑素处理枣果实,初步探究褪黑素处理对冷藏枣果品质的影响。随后再通过转录组测序鉴定出褪黑素延缓果实软化的关键通路和差异基因,为褪黑素延缓枣果软化提供依据。最后探究褪黑素处理对枣果细胞壁代谢和蔗糖代谢的影响,深入研究褪黑素处理延缓枣果实软化的机理。主要结果如下:首先,研究不同浓度褪黑素(50μM、100μM、150μM)处理对枣果采后生理及品质的影响。结果表明,褪黑素处理可以有效保持枣果硬度、降低软化率和失重率、延缓枣果表皮的转红、提高抗坏血酸和谷胱甘肽含量,而且能够保持高活性过氧化物酶和过氧化氢酶。其中100μM褪黑素处理的效果最佳。为了在分子水平上更好的了解褪黑素延缓果实软化的机理,对0 d新鲜果实,贮藏50 d对照处理果实和贮藏50 d褪黑素处理果实进行转录组测序分析,并两两比较。本次测序获得了75.25 Gb高质量数据集,在贮藏50 d的对照果实和贮藏50 d的褪黑素处理果实的对比统计结果中,产生了580个差异表达基因,有310个基因上调,270个基因下调。在进行GO注释分析中,发现差异基因主要参与的途径是代谢过程、细胞膜区域和催化活性等。此外KEGG代谢通路的分析结果表明,鉴定出较多的差异基因集中在戊糖和葡萄糖醛酸的相互转化、半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢和植物激素信号转导通路上。这说明枣果实的软化与细胞壁代谢、蔗糖代谢和植物激素密切相关。在细胞壁代谢中,褪黑素处理下调了编码果胶降解酶的基因PG、PME、PL的表达,编码半乳聚糖降解酶基因β-Gal的表达和编码纤维素降解酶基因β-Glu和EGase的表达。在蔗糖代谢中,褪黑素处理上调了编码蔗糖合成酶的基因SPP、SPS和SS的表达,下调了转化酶INV的基因表达。在植物激素信号转导途径中,褪黑素上调生长素响应因子ARF和生长素响应蛋白SAUR的表达,下调了脱落酸受体PYL、蛋白磷酸酶PP2C、b ZIP46和乙烯受体ETR的表达。由此,初步证明褪黑素处理通过诱导枣果细胞壁代谢、蔗糖代谢和植物激素信号转导通路上差异表达基因,进而延缓果实软化。为了验证转录组分析的结果,本文从细胞壁代谢和蔗糖代谢角度,研究褪黑素处理对枣果软化的影响。研究表明,褪黑素处理保持枣果中较高含量的原果胶、纤维素和半纤维素和较低含量的水溶性果胶;这说明褪黑素处理可以通过延缓枣果中细胞壁成分的降解来延缓枣果软化。其次,在贮藏期间,褪黑素处理有效抑制了枣果中多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、β-半乳糖醛酸酶和脂氧合酶的活性,这对于枣果细胞壁的维持具有重要意义。此外,在枣果实软化过程中,我们还发现褪黑素处理有效抑制了蔗糖含量的下降和还原糖含量的上升;同时还保持果实中较高活性的蔗糖磷酸合成酶和较低活性的转化酶。因此,通过进一步研究验证,褪黑素处理可以通过延缓枣果实的细胞壁代谢和蔗糖降解来延缓果实软化。
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