橄榄果实发育过程中细胞壁代谢及相关基因的研究

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橄榄[Canarium album(Lour.)Raeusch]果实营养丰富,风味独特,鲜食型橄榄果实具有肉质细嫩、香脆、回甘、化渣等良好性状,倍受消费者的喜爱。虽然橄榄品种众多,但绝大部分因其果实肉质粗硬、纤维多、口味苦涩等性状,只能被用于加工。因此,本试验以鲜食型‘清榄1号’和加工型‘长营’为试验材料,测定橄榄果实发育过程中果胶、纤维素和木质素等细胞壁物质及果胶甲酯酶(PME)、羧甲基纤维素酶(Cx)和过氧化物酶(POD)等相关酶活性的变化;同时结合橄榄果实转录组数据,筛选出与橄榄果实果胶、纤维素以及木质素等相关的差异表达基因,进行克隆并对所克隆的基因在橄榄果实发育过程中各个时期的表达量进行荧光定量的测定,以此探索橄榄品种间果实质地差异形成的原因,为进一步研究橄榄果实发育过程中果实质地差异的形成以及选育鲜食型橄榄品种提供一定的研究依据。主要研究结果如下:1.以鲜食型‘清榄1号’和加工型‘长营’橄榄为试验材料,测定橄榄果实发育过程中纤维素、木质素和不同形态的果胶等细胞壁物质含量的变化。结果表明:2个品种的水溶型果胶(WSP)、共价型果胶(CSP)以及纤维素含量变化趋势上基本相同,但同时期的含量有所差异;离子型果胶(ISP)、半纤维素以及木质素含量不仅在含量上存在一定的差异,其变化趋势上也有所不同。整个果实发育过程中2个橄榄品种均保持较高的纤维素含量;花后95 d开始‘清榄1号’较‘长营’橄榄基本保持较高的ISP含量,较低的CSP、半纤维素以及木质素含量。整个果实发育过程中保持较高的纤维素含量可能是橄榄果实维持较高硬度的主要原因,不同形态果胶、半纤维素以及木质素含量的差异可能是2个橄榄品种质地差异形成的因素。2.以鲜食型‘清榄1号’和加工型‘长营’橄榄为试验材料,测定橄榄果实发育过程中果胶甲酯酶(PME)、Cx以及苯丙氨酸解氨酶(PAL)等细胞壁物质相关酶活性的变化。结果表明:2个品种的PME、多聚半乳糖醛酸酶(PG)、Cx、PAL与POD活性变化趋势上基本相同,但其活性上有所差异;‘清榄1号’和‘长营’的多酚氧化酶(PPO)活性不仅在活性上存在差异,其变化趋势也有所不同。相关性分析表明:WSP和ISP含量变化主要与PME活性有关,而CSP含量的差异可能主要与PG活性有关;Cx活性与纤维素含量变化相关性系数不显著;PAL、PPO以及POD活性与木质素含量有关。PME活性的升高可能促进了橄榄果实中果胶的降解,引起ISP和WSP含量的升高;Cx活性变化对纤维素含量变化的影响可能很小;‘清榄1号’较‘长营’橄榄维持较高的PAL以及POD活性可能是早期‘清榄1号’木质素含量高于‘长营’的原因。3.根据橄榄果实细胞壁物质及相关酶活性变化,同时结合橄榄果实转录组测序内容,找到了与果胶有关的PL、PG与PGIP 3条差异基因;与纤维素有关的CESA1与CESA2差异基因;与木质素有关的PAL、CCR1、CCR2、LAC1以及POD等6条差异基因。通过RT-PCR技术克隆了这11条基因的ORF,并对这11条基因进行生物信息学分析。结果表明:所克隆的基因中最长的ORF为PAL基因具有2180 bp,编码726个氨基酸;其中最短的ORF为CESA1基因具有848 bp,编码282个氨基酸。经信号肽预测PL、PG、PGIP、POD、LAC1与LAC2这6条基因均具有信号肽,属于分泌蛋白;其余的PAL、CESA1、CESA2等基因不具有信号肽,不属于分泌蛋白。所克隆的这11条基因均含有2-6个不等的跨膜结构,并且这些基因二级结构的构成主要以α螺旋和无规则卷曲为主,其次为β转角。4.采用实时荧光定量PCR技术,测定这11条相关基因在果实各个时期的表达量,并进行相关性分析。结果表明:PL、PG、CESA1、CESA2、PAL、POD与LAC1这7条基因的相对表达量在‘清榄1号’与‘长营’橄榄各个时期的变化趋势相似,而它们的相对表达量存在差异;而PGIP、CCR1、CCR2与LAC2这4条相关基因的相对表达量在2个橄榄品种中的变化趋势以及表达量均存在一定的差异。与果胶有关的3个基因中,2个品种果胶含量可能主要是受PGIP基因的调控;与纤维素有关的CESA1与CESA2基因,对纤维素的调控可能主要是集中在果实发育的前期;与木质素有关的6个基因中,果实发育前期木质素含量的变化可能主要是受PAL、CCR1、CCR2与LAC1基因的的调控,而POD基因对木质素的调控可能主要是在橄榄果实发育的后期。
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