枣果实糖代谢模式及相关基因表达与转录组分析
糖是果实品质和风味物质形成及其他营养成分合成的基础原料,糖含量高低不仅是决定果实品质的重要因子,还参与其他重要的生理功能代谢,因此,从分子生物水平研究枣果实糖代谢途径,对枣品种改良及枣产业发展都具有重大意义。本研究对目前新疆枣主栽品种（骏枣、灰枣和冬枣）果实糖积累关键时期的糖组分含量的变化以及糖代谢相关基因表达模式进行测定;对低糖型品种（大白铃、北碚小枣、黑疙瘩和晋矮2号）和高糖型品种（大灰枣、疙瘩脆、广洋枣和新郑红2号）果实糖含量变化以及枣糖代谢相关基因在其不同发育时期二次枝韧皮部、枣吊韧皮部、枣叶与枣果的表达量进行测定;对低糖低酸品种（京39）和高糖低酸品种（伏脆蜜）不同发育时期的枣果实进行转录组测序,并进行生物信息学分析。主要研究结果如下:（1）本研究从枣果实中检测到蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、鼠李糖、甘露糖和木糖8种糖组分,其中蔗糖、葡萄糖、果糖为主要糖组分,果实发育前期以果糖和葡萄糖积累为主,蔗糖在后期占据主导地位。果实完熟时,低糖型品种为还原糖积累型,高糖型品种为蔗糖积累型,低糖型与高糖型品种糖积累模式差异在于果实脆熟期至完熟期的发育过程中低糖型品种果实发生了由蔗糖积累向葡萄糖积累的转变。（2）Zj SUC2和Zj SWEET2基因在枣果实中,以及Zj SS1、Zj SS2和Zj SS3基因在枣吊韧皮部中表达的差异导致了低糖型和高糖型果实糖积累模式间的差异。Zj SPS1、Zj SPS2、Zj SS2和Zj SWEET2基因在果实中的表达促进果实蔗糖积累,Zj SS3、Zj v INV2和Zj SUC3基因在果实中的表达促进了果实蔗糖的转化;Zj SS1和Zj SS3基因在叶片、枣吊韧皮部及二次枝韧皮部中果糖、葡萄糖、蔗糖转变为其他代谢底物上起到了促进的作用,Zj v INV2基因在枣吊韧皮部的表达具有增加果糖和葡萄糖积累的作用。（3）本研究采用Illumina Hi Seq 2500测序平台对‘伏脆蜜’和‘京39’果实发育五个时期进行转录组（RNA-Seq）研究,在Fa vs Ja（伏脆蜜幼果期vs京39幼果期）、Fb vs Jb（伏脆蜜膨大期vs京39膨大期）、Fc vs Jc（伏脆蜜白熟期vs京39白熟期）、Fd vs Jd（伏脆蜜脆熟期vs京39脆熟期）和Fe vs Je（伏脆蜜完熟期vs京39完熟期）中分别统计到了3 436、3 492、3 398、3 509和3694个富集的terms,差异基因分别为132 775、141 505、139 212、140 663和160 619;在Fa vs Ja、Fb vs Jb、Fc vs Jc、Fd vs Jd和Fe vs Je中分别有2 422、2 594、2 647、2 615和3 116个差异基因分别定位到114、117、119、120和119条KEGG的pathways上。以|log2（foldchang）|＞1,且qvalue＜0.005为筛选条件,在差异表达基因显著富集的pathways中,筛选出38条差异表达基因,参与3个糖代谢相关的通路,分别为糖酵解和糖质新生、半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢通路。（4）通过对‘京39’和‘伏脆蜜’果实糖代谢中富集差异基因分析,从3个差异基因富集的糖代谢相关通路中,筛选出PGM、HK1、HK2、HK3、PK、SUC2、INV、SS1、SS5、SS7、FK4、FK5、FK6和FK7共14个致使‘伏脆蜜’与‘京39’糖积累产生差异的关键基因。其中,Zj SS1、Zj SS5、Zj SS7基因的差异表达是导致‘京39’和‘伏脆蜜’果实蔗糖积累的关键基因。Zj FK4-7可能在枣果实由蔗糖积累型转向葡萄糖积累型过程中起关键的调控作用。研究中Zj SUC2基因在半乳糖代谢通路中,将蔗糖转化为半乳糖、葡萄糖和果糖,起到促进蔗糖分解代谢的作用。
- 作者：
- 张亚若
- 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；糖代谢；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”（项目编号:2017DB006）课题主持人:吴翠云教授（塔里木大学）