外源茉莉酸甲酯调控‘贵人香’葡萄品质机制研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:cbg668
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酿酒葡萄原料的品质直接决定其葡萄酒的质量。由于甘肃河西走廊产区气候干旱少雨,葡萄成熟期光照充足,导致葡萄成熟过程中糖分积累过快,成熟期较短、次级代谢产物积累受限,致使采收期葡萄的品质严重降低。茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,MeJA)作为一种重要的植物激素,其在抵抗病原体侵害中起着关键作用,并且MeJA还可以延缓植物果实成熟过程,影响植物次级代谢的积累。本研究以白色品种‘贵人香’(Vitis vinifera L.cv.Italian Riesling)酿酒葡萄为原料,研究三种不同MeJA处理方式(T1:浆果浸泡、T2:叶面喷施和T3:整株喷施)对葡萄不同成长阶段(S1:转色后期、S2:成熟中期和S3:采收期)基因表达及代谢产物合成的影响规律,并探究外源MeJA对‘贵人香’酿酒葡萄品质调控的分子机制。主要研究结果如下:1.对MeJA处理后不同生长阶段的样品进行初级代谢物(葡萄糖、果糖、pH、有机酸和总酸等)的测定,结果表明,在相同的生长阶段进行取样,发现样品之间初级代谢物的含量不存在显著性差异,但在同一采样日期各处理的初级代谢物含量之间存在显著性差异(p<0.05)。2.转录组测序结果显示,MeJA处理会诱导葡萄浆果基因的表达量发生明显改变。与CK相比,T1、T2和T3处理中分别发现690个、95个和417个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs);GO富集分析表明,“单萜化合物生物合成”在三个处理中均为富集项;结合KEGG富集分析和聚类共表达模式分析,发现MeJA显著影响亚油酸和α-亚麻酸代谢通路、单萜-萜类生物生物合成途径、苯丙烷-黄酮代谢通路。此外,MeJA处理可诱导葡萄果皮中JA的生物合成及其信号传递相关基因的差异表达;其中,LOX2S、AOS、OPR、JAMT、JAZ、MYC2等基因上调表达、而AOC为下调表达,果实浸泡处理对以上基因表达量的影响更为明显。3.对葡萄中单萜类化合物含量测定结果显示,外源MeJA处理后,随着葡萄果实的逐渐成熟,葡萄中单萜类化合物总含量整体呈现出上升趋势;与对照组相比,经外源MeJA处理后的葡萄果实中单萜类化合物的含量显著(p<0.05)提高,且‘贵人香’酿酒葡萄中单萜类化合物种类增多,即外源MeJA处理可诱导葡萄中单萜类化合物的积累。在S1期,T1、T2和T3处理分别比CK处理中单萜化合物总含量提升了9.3、1.5和4.4倍;S2时期,T1、T2和T3处理分别比CK提升了5.7、1.5和2.5倍,S3时期,T1、T2和T2分别提升了5.3、1.2和2.6倍,且T1处理后单萜化合物的积累效果最佳。外源性MeJA诱导了萜类化合物和单萜类合成途径中DEGs的上调,导致了单萜类化合物的积累;MeJA处理以后,单萜合成途径中DXS、HMGCR、TPS14和α-terpineol synthesis基因的表达水平上调;果实浸泡处理效果大于叶面喷施处理、整株喷施处理和对照。4.非花色苷酚类化合物测定结果显示,共鉴定出12种单体酚酸类、13种黄酮醇类和5种黄烷-3-醇类化合物;外源MeJA处理可显著(p<0.05)促进以上非花色苷的积累。其中,T1处理的处理效果最佳,黄酮醇类、酚酸类和黄酮醇总含量分别比对照提高了87.61%、57.80%和180.37%;T3处理次之,分别提高了55.39%、43.31%和79.36%;T2处理分别仅提高了40.31%、9.45%和47.57%。结合该结果与转录组数据分析表明,MeJA处理后类黄酮途径相关的11个基因发生了差异表达,其中7个为上调表达;苯丙烷途径相关的12个基因发生了差异表达,其中5个为上调表达。此外,外源MeJA处理编码HCT、COMT、LAR、UGT72E等酶的差异基因总体为上调表达,从而导致非花色苷酚类化合物的积累,且基因表达量果实浸泡处理>整株喷施处理>叶面喷施处理>对照。5.采用WGCNA方法,从12个葡萄样本中选取30812个基因构建了12个共表达模块,用于检测MeJA诱导葡萄转录组与次级代谢物性状之间的关系。最终确定棕色模块(kMEbrown)为次级代谢产物(单萜类、黄酮醇类、酚酸类及黄烷-3-醇类化合物)的含量相关的共表达模块;功能富集分析结果表明,棕色模块内的基因相互作用存在显著差异(p<0.05);通过Cytoscape软件构建的共表达模块可视图,鉴定了核心基因为VIT11s0037g00570。综上所述,不同方式外源MeJA处理‘贵人香’酿酒葡萄果实葡萄浆果转录组部分基因表达量发生改变,差异基因主要功能富集在亚油酸和α-亚麻酸代谢通路、单萜-萜类生物合成途径及类黄酮-苯丙烷代谢通路;外源MeJA可诱导葡萄中单萜类化合物和非花色苷酚类化合物的积累;且浸泡果实处理效果最佳。为外源MeJA诱导葡萄次级代谢产物提供了丰富的数据资源和分子理论依据。
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