枣果实酸积累模式及相关基因挖掘
枣（Ziziphus jujuba Mill.）为鼠李科（Rhamnaceae）枣属（Ziziphus Mill.）植物,是我国第一大干果树种。但随着近年来新疆枣产业过剩,提质增效迫在眉睫。因此本文以枣主栽品种、高酸低酸积累型品种及极端品种为研究对象,通过对各个枣品种不同时期的酸组分含量及关键基因表达量进行测定,并对枣酸积累极端品种进行转录组测序分析,进一步阐释枣酸代谢机制,为今后枣树的分子育种和遗传改良奠定基础。研究结果如下:（1）三个枣主栽品种果实发育前期均以柠檬酸积累为主,从白熟期结束进入脆熟期时苹果酸开始迅速积累并占主导地位。果实发育过程中苹果酸、柠檬酸和奎宁酸含量变化趋势基本一致,均呈现先升高后下降的趋势,但脆熟期之后冬枣的三种酸组分含量持续下降,灰枣、骏枣酸含量在完熟期时均略有回升。三个枣主栽品种果实成熟时苹果酸含量最高,表明苹果酸是引起其果实酸味的主要成分。枣果实发育过程中Zj ACO1和Zj CS3基因与苹果酸、柠檬酸和奎宁酸的积累具有极显著正相关性,而Zj CS2和Zj MDH12基因对其酸组分的降解具有负相关性。（2）高酸、低酸品种之间的差异主要受柠檬酸含量影响,其主要在脆熟期产生差距,并在完熟期时各品种的柠檬酸含量基本达到最高,此时高酸品种的总酸、苹果酸、柠檬酸含量基本高于低酸品种。通过对高酸、低酸积累型品种枣果实、叶和韧皮部进行q RT-PCR定量表达分析显示,Zj ACO1、Zj ACO2、Zj MDH1、Zj MDH3、Zj MDH12、Zj CS2和Zj CS3基因在枣果、枣叶、韧皮部中均有表达,而Zj MT11基因仅在枣叶、韧皮部中表达;在高酸、低酸品种中有机酸的合成积累主要在枣果实中进行。通过关联分析初步推测Zj ACO1基因在枣果、枣叶、枣吊韧皮部中的表达可能促进了果实酸组分的积累;枣果和枣吊韧皮部中的Zj CS2及枣叶中Zj CS2、Zj MDH3基因表达可能促进了酸的转运或降解;MT11基因在枣吊韧皮部中的表达可能降低了果实苹果酸的转运。（3）低酸低糖品种‘京39’和高酸低糖品种‘黑疙瘩’枣果实在脆熟期到完熟期是酸积累出现差异的关键时期。对‘京39’和‘黑疙瘩’幼果期（Ja vs Ha）、膨大期（Jb vs Hb）、白熟期（Jc vs Hc）、脆熟期（Jd vs Hd）和完熟期（Je vs He）枣果实进行转录组测序发现,五个比较组分别有5293、7396、4591、3481和4182个基因呈现差异表达。分别与GO数据库进行比对发现,差异表达基因均更多的富集在生物学过程和分子功能中,在细胞组分上的富集个数较少,但各比较组富集功能差异较大。与KEGG数据库进行比对发现,在整个果实发育过程中,差异表达基因富集在“次生代谢途径”、“糖酵解和糖质新生”、“乙醛酸和二羧酸代谢”和“丙酮酸代谢”等通路,以上代谢过程对果实发育和风味品质的形成具有重要意义。其中“糖酵解和糖质新生”、“乙醛酸和二羧酸代谢”的差异表达基因主要富集在果实发育后期,分别占注释基因总数的22.5%和20%,表明在果实发育后期,果实内酸代谢活动强烈,为果实酸积累合成的关键时期。（4）通过对低酸低糖品种‘京39’和高酸低糖品种‘黑疙瘩’枣果实酸代谢中显著富集差异基因的分析,筛选出27个差异表达基因参与酸代谢;初步筛选出Zj PK、Zj PDC1、Zj PDC2、Zj CS、Zj ACO、Zj MDH、Zj NAD-IDH、Zj NADP-ME、Zj NAD-MDH、Zj GS1和Zj GS2基因是调控枣果实苹果酸和柠檬酸代谢的关键基因。
- 作者：
- 童盼盼
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2021年
- 导师姓名：
- 王江波；郝庆
- 中图分类号：
- S665.1
- 关键词：
- 枣；酸组分；基因表达；转录组测序
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- 基金项目：
- 兵团南疆重点产业支撑计划项目“新疆梨、核桃、枣主要性状遗传资源评价和功能基因挖掘”的部分研究成果（项目编号:2017DB006）课题主持人:吴翠云 教授（塔里木大学）