Caspase-like基因对龙眼果肉自溶作用的初步探究

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龙眼(Dimocarpuslongan Lour.)是我国南方特色水果之一,具有较高的营养和保健价值。由于龙眼成熟于高温盛夏,采后生理代谢旺盛,会出现软化、溶解流汁和腐烂的现象,称为“果肉自溶”,严重影响龙眼采后贮藏销售。有学者研究推测龙眼果肉自溶可能是一种植物细胞程序性死亡(PCD),其中caspase-like相关酶在PCD中起到关键调控作用。脱落酸和赤霉素也参与调控植物PCD过程,具有抑制作用。本试验对比‘石硖’和‘东壁’两个品种龙眼果肉在常温、低温贮藏下的自溶特性及其 caspase-3、VPE(vacuolar processing enzyme)的酶活性变化,结合caspase-like基因家族分析和关键基因表达,分析caspase-like基因对龙眼果肉自溶的作用。以‘石硖’龙眼为材料,分别用脱落酸和赤霉素结合保鲜剂处理,观察和测定其生理指标、酶活性、相关基因表达情况,探究这两种植物激素对龙眼果肉自溶的作用机理。研究主要结果如下:1.两个品种龙眼果肉在贮藏过程中内外果皮褐变指数、自溶指数、长霉率、失重率均呈上升趋势,可溶性固形物含量下降,外果皮颜色加深变暗。在常温下,‘石硖’和‘东壁’贮藏第4 d开始出现果肉自溶;在低温下,‘东壁’贮藏21 d开始出现果肉自溶,贮藏第42 d失去贮藏价值;而‘石硖’贮藏第35 d开始出现果肉自溶,第49 d失去贮藏价值,贮藏期较‘东壁’长。果肉caspase-like关键酶在自溶开始后均呈上升趋势,且两种酶活性变化与龙眼果肉自溶指数显著相关。2.从福建农林大学发布的龙眼基因组中筛选出7个metacaspase家族成员,4个legumain家族成员,120个subtilase家族成员,根据基因结构及位置预测表明caspase-like家族广泛参与细胞内的多种代谢调控,与其他植物的进化树的分析表明在功能结构上这些家族成员与其他植物具有一定的相似性,直接或间接参与植物PCD调控。本实验龙眼果肉中metacaspase基因相对表达量较高,常温贮藏期间‘石硖’果肉大部分caspase-like基因呈下调趋势,‘东壁’caspase-like基因表达量变化不明显,低温贮藏下龙眼caspase-like基因因品种差异呈现不同的表达趋势。Dlo033586.1、Dlo029089.1、Dlo019047.1三个基因在龙眼果肉中表达变化明显,具有研究价值。3.与对照组相比,常温条件下,500 mg/L施保克+100 mg/L脱落酸溶液处理可显著抑制‘石硖’果肉的自溶,但脱落酸处理后商品率较低;500 mg/L施保克+50 mg/L赤霉素溶液处理不仅能有效延缓‘石硖’果肉的自溶,也保持较高的商品率。4.500 mg/L施保克+100 mg/L脱落酸处理的龙眼果肉中caspase-3、VPE酶活性低于其他几个处理,果肉caspase-like基因表达量也低于其他几个处理,推测ABA对果肉PCD的延缓有一定调控作用。500 mg/L施保克+50 mg/L赤霉素溶液处理caspase-3、VPE酶活性、果肉caspase-like基因表达量均高于500 mg/L施保克+100 mg/L脱落酸处理,低于对照组,说明赤霉素与脱落酸对植物PCD有拮抗作用。
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