【摘 要】
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硫化氢(H2S)是自然界中广泛存在的小分子气体信号物质,参与调控植物生长发育的多种生理过程,例如侧根形成、呼吸作用、果实成熟衰老等。果实成熟过程中常伴随着色泽转变、软化、乙烯的产生等生理生化变化。而色泽转变作为果实成熟的重要标志之一,其代谢过程受到内外等多种因素的共同调控。近年来,H2S作为一种重要的生长调节物质在采后果实成熟衰老方面的生理作用被广泛报道,而H2S与果实色泽转变之间的联系尚不清晰,
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硫化氢(H2S)是自然界中广泛存在的小分子气体信号物质,参与调控植物生长发育的多种生理过程,例如侧根形成、呼吸作用、果实成熟衰老等。果实成熟过程中常伴随着色泽转变、软化、乙烯的产生等生理生化变化。而色泽转变作为果实成熟的重要标志之一,其代谢过程受到内外等多种因素的共同调控。近年来,H2S作为一种重要的生长调节物质在采后果实成熟衰老方面的生理作用被广泛报道,而H2S与果实色泽转变之间的联系尚不清晰,因此研究H2S介导果实色素代谢的分子机制具有十分重要的意义。梨是典型的园艺果实之一,近年来红皮梨果实因其色泽鲜艳的外观特征和富含花青苷的保健功能得到消费者的广泛认可,而我国种植的大部分红皮梨果实在发育后期色泽才由绿色转变为红色,是探究H2S与果实色泽转变作用机制的极好试材,本文围绕H2S介导的红皮梨色泽形成的作用机制开展以下研究。通过H2S调控果实色素代谢的生理学效应为出发点,发现外源H2S显著抑制采后红皮梨、番茄果实的色泽转变。利用RT-qPCR技术对花青苷合成关键结构基因和通过‘红茄’及其绿色芽变梨果实转录组筛选出的PyMYB73、PyMYB6、PyMYB10、PyMYB114、PybHLH3等转录因子进行RT-qPCR分析及相关性分析表明H2S处理后梨果实的花青苷含量与PyMYB73、PyUFGT、PyGST等基因表达量成显著正相关,而与PyMYB6、PyAVP1等基因表达量呈显著负相关,暗示PyMYB73、PyMYB6可能响应H2S信号并在梨果实花青苷生物合成中具有不同的生物学功能。基因信息学结果表明含有完整的EAR抑制基序(LXLXL)的PyMYB6与只含有部分EAR抑制基序(LXLXP)的PyMYB73与已报道为调控果实花青苷生物合成抑制子具有很高的同源性。通过在草莓、梨果实中的瞬时与沉默表达试验,发现PyMYB73作为激活子协助PyMYB10、PybHLH3显著促进果实中花青苷的生物合成,调节花青苷代谢相关基因的表达水平;而PyMYB6则抑制了其基因功能。此外,我们还将不同比例的PyMYB73、PyMYB6与PyMYB10+PybHLH3或PyMYB114+PybHLH3共同转化时,发现梨果实的表型、花青苷含量与花青苷代谢相关基因的表达量均随着二者比例的变化而变化,说明PyMYB73、PyMYB6的作用受到彼此的制约,可能形成调控复合体调节花青苷的生物合成。随后通过酵母双杂、荧光素酶互补及双荧光素酶试验结果表明花青苷转录激活子PyMYB73与抑制子PyMYB6通过结合PyMYB10、PybHLH3形成转录调控复合体靶向结合于PyUFGT启动子从而调控梨果实色泽的形成。综上所述,实验结果表明外源H2S显著抑制红皮梨果实花青苷的生物合成,从而延缓梨果实的色泽转变。受H2S应答的转录因子PyMYB73、PyMYB6则通过与PyMYB10、PybHLH3的相互作用共同靶向于花青苷合成关键基因PyUFGT,调控梨果实花青苷的积累。本研究为H2S参与调控果实色泽形成的调控机制供了新的见解,并为改善红皮梨着色提供新的理论支撑,同时为开展红皮梨分子育种提供新的基因资源。
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