南亚热带生态型龙眼果皮不积累花色素苷的分子机理初探

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jayexxfu1
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龙眼(Dimocarpus longan Lour.)和荔枝(Litchi chinensis Sonn.)均为无患子科(Sapindaceae)重要的经济果树。龙眼按不同分布地区分为南亚热带生态型和热带生态型。南亚热带生态型龙眼成熟时果皮呈黄褐色,而荔枝成熟时果皮大多呈鲜红色。与荔枝相比,龙眼果皮颜色缺乏视觉吸引力,严重影响其商品价值。此外,龙眼成熟时果皮颜色无明显变化,生产上难以判断其成熟期,容易导致过早或过熟采收。因此,本研究拟探究龙眼果皮不积累花色素苷的机理,以期为指导培育‘红皮龙眼’奠定理论基础。主要研究结果如下:1、果实发育期间,果皮颜色观察及色素含量测定的结果显示,‘石硖’果皮早期为绿色,雌花谢花后75 d逐渐转为黄绿色,雌花谢花后105 d果实成熟,果皮转为黄褐色,自雌花谢花后30 d至果实成熟期间均未检测到花色素苷的积累。‘紫娘喜’果皮早期为绿色,雌花谢花后70 d为转色期,此时花色素苷含量开始逐渐上升,果皮由绿色转变为黄绿色,雌花谢花后80 d果实成熟,果皮完全转变为鲜红色,花色素苷含量达到最大值。此外,‘石硖’和‘紫娘喜’果皮中的叶绿素、类黄酮和原花青素的含量均随果实发育而逐渐下降。2、选取‘紫娘喜’雌花谢花后30 d(绿皮期)、70 d(转色期)、80 d(红皮期)的果皮及与之对应的‘石硖’雌花谢花后30 d、75 d、105 d的果皮为材料进行转录组测序,获得76.86 Gb高质量的Clean Data,组装后获得54054条Unigene。对应比较三个时期(即ZNX-30 d vs SX-30 d,ZNX-70 d vs SX-75 d,ZNX-80 d vs SX-105 d)的FPKM值,筛选出13,706个差异表达基因(log2Fold Change≥2)。3、根据转录组基因注释结果,筛选出与花色素苷和原花青素生物合成相关的差异表达结构基因15条,其中12条在‘石硖’果皮发育过程中下调表达。同时还筛选出差异表达的MYB类转录因子18条。系统进化分析发现,5个MYB转录因子与其他物种中已报道的调控花色素苷生物合成的MYB聚为一类。其中,c185123.graph_c0、c189112.graph_c0和c145506.graph_c0在‘石硖’果皮发育过程中下调表达,且c185123.-graph_c0与已报道的LcMYB1为同源基因。由此推测,上述结构基因和MYB转录因子的下调表达可能是导致龙眼果皮不积累花色素苷的原因,因此对它们进行基因克隆及后续的功能分析。4、qRT-PCR结果显示,花色素苷生物合成关键结构基因UFGT和调控基因MYB1在‘石硖’果皮发育过程中一直没有表达,而在‘紫娘喜’果皮发育过程中的表达呈逐渐上升趋势,这与其果皮花色素苷积累的模式一致。双荧光素酶实验结果表明,DlMYB1能显著激活DlUFGT的启动子而调控其表达。因此推测,由于龙眼果皮的DlMYB1不表达而未能激活DlUFGT表达,是造成龙眼果皮不能积累花色素苷的重要原因。5、为探明龙眼果皮的DlMYB1不表达的原因,本研究分别克隆了DlMYB1和LcMYB1。氨基酸序列比对分析发现两者之间存在8个氨基酸序列差异。烟草瞬时表达实验发现,由强启动子35S启动的DlMYB1和LcMYB1均能使原本不积累花色素苷的烟草叶片变红,证明龙眼果皮不能积累花色素苷并不是DlMYB1与LcMYB1的氨基酸序列差异导致的,因此推测,DlMYB1在龙眼果皮中不表达可能是其启动子活性引起的。6、克隆DlMYB1和LcMYB1的启动子序列并检测其活性,结果表明LcMYB1p能明显激活GUS的表达,具有很强的活性,而DlMYB1p虽然也能激活GUS表达,但激活能力相对LcMYB1p的较弱。对DlMYB1和LcMYB1的启动子序列预测分析发现,两者在光响应元件G-box和I-box,以及ABA响应元件ABER中存在序列和数量的差异,推测这些差异可能影响了DlMYB1启动子的活性,导致其不表达。7、将启动子按元件分段后与上游光响应基因HY5和ABA响应基因ABF3进行双荧光素酶试验,结果显示,DlMYB1p和LcMYB1p的0~-704 bp均能被HY5和ABF3显著激活,表明DlMYB1p与LcMYB1p的光响应元件和ABA响应元件之间的差异可能不是造成其活性降低的原因。因此,龙眼果皮中DlMYB1不表达的原因还有待进一步的研究。
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