【摘 要】
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中国是世界上番茄(Solanum lycopersicum L.)种植面积最大、产量最多的国家,番茄年产量约占蔬菜总量的7%左右。番茄栽培过程中高温、低温、病虫害等不利生产因素以及果实采后运输、贮藏等条件严重影响番茄的产量及品质。酚类物质迷迭香酸(Rosmarinic acid,RA)具有强抗氧化能力,近来研究表明RA在植物抵抗非生物胁迫中发挥着重要的作用,但是RA在植物高温响应及果实保鲜和品质中
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中国是世界上番茄(Solanum lycopersicum L.)种植面积最大、产量最多的国家,番茄年产量约占蔬菜总量的7%左右。番茄栽培过程中高温、低温、病虫害等不利生产因素以及果实采后运输、贮藏等条件严重影响番茄的产量及品质。酚类物质迷迭香酸(Rosmarinic acid,RA)具有强抗氧化能力,近来研究表明RA在植物抵抗非生物胁迫中发挥着重要的作用,但是RA在植物高温响应及果实保鲜和品质中的作用及其分子机制鲜有报道。本文利用植物生理学、分子生物学及生物信息学等手段探究了RA在番茄植株高温响应及果实保鲜和品质中的作用机制。所得结果主要如下:1.为了探究外源RA对番茄耐热性的研究,利用2 m M RA喷施番茄叶面,并置于42℃高温胁迫,结果表明外源喷施RA缓解了高温下番茄植株叶片萎蔫,降低电解质渗透率,减少光合系统损伤,提高了番茄植株高温抗性。进一步研究发现外源喷施RA能有效减少植株体内高温诱导的丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)的积累,增强过氧化氢酶(CAT),脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR),谷胱甘肽还原酶(GR)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)等抗氧化酶活性,提高了抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物还原态比值。RA处理促进了热休克因子A2(Hsf A2)和热休克蛋白70(HSP70)、热休克蛋白90(HSP90)等因子在转录和蛋白水平表达。2.为了探究外源RA对番茄高温胁迫下相关基因表达的影响,利用2 m M RA喷施番茄叶面,并置于42℃高温胁迫24 h后取叶片进行转录组测序,结果发现3208个RA诱导的高温响应基因。GO分析结果显示,这些基因的生物学功能显著富集于“转录调节活性”、“序列特异性DNA结合”、“ADP结合”和“钙离子结合”,其中包括大量WRKY转录因子。q RT-PCR分析证明WRKY10、WRKY33、WRKY41、WRKY46、WRKY55和WRKY81受到RA诱导。3.为了探究外源RA对番茄果实品质的影响,分别采用不同浓度的RA处理番茄果实。结果表明外源RA处理可以延缓绿熟期番茄果实的转色和软化,同时还可以抑制乙烯合成途径中关键基因1-氨基环丙烷-1-羧酸合成酶2(ACS2)、ACS4、1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1(ACO1)和ACO4的表达及乙烯的积累。RA处理抑制了番茄红素以及相关合成基因八氢番茄红素脱氢酶(PDS),ζ-胡萝卜素合成酶(ZDS)和胡萝卜素异构酶(CRTISO)的表达,增加了叶黄素含量,但不影响β-胡萝卜素含量。对于影响果实风味的糖和有机酸,RA处理显著减少了成熟期番茄果实蔗糖含量的下降。相反,RA处理在很大程度上抑制了番茄果实单糖包括葡萄糖和果糖的积累。与对照相比RA处理提高了果实苹果酸含量,但对于柠檬酸的含量没有影响。此外,RA处理也提高了果实抗氧化系统的能力,诱导APX、CAT、GR和超氧化物歧化酶(SOD)活性的增强和对应基因的表达,同时还参与维持As A-GSH循环的稳态。4.为了探究外源RA对番茄果实代谢物的影响,分别采用不同浓度的RA处理番茄果实,并采用非靶向代谢组学技术对番茄果实的代谢物进行了分析。在RA处理后4天和8天的果实样品中分别检测出了200种和168种差异代谢物。对差异积累代谢物进行KEGG分析发现这些物质主要集中在ABC转运、氨基酸生物合成和氨酰-t RNA生物合成的途径中,其中很多与氨基酸、肽和类似物相关。D-谷氨酰胺、DL-丝氨酸、DL-缬氨酸、组氨酸、异亮氨酸、L-天冬氨酸、L-脯氨酸、DL-酪氨酸和DL-色氨酸等氨基酸含量在RA处理第4天和第8天均得到了提高,而外源RA处理降低了DL-谷氨酸和L-蛋氨酸的含量。综上,本研究表明外源RA处理可以提高番茄幼苗的高温抗性、延缓果实转色和软化、提高果实氨基酸含量,为利用RA提高作物抗性和果实品质提供了理论依据,对于绿色高效农业生产提供了指导性建议。
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