基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)杏果實(shí)風(fēng)味、色澤品質(zhì)形成相關(guān)基因挖掘及轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析.pdf

1、杏(Prunus armeniaca L.)是一種重要的薔薇科果樹,其果實(shí)不僅以色、香、味為消費(fèi)者帶來視覺、嗅覺、味覺上的饕餮盛宴，還以其蘊(yùn)含的豐富營養(yǎng)物質(zhì)滿足人體日常所需。在這些諸多品質(zhì)因子中，風(fēng)味和色澤具有引領(lǐng)消費(fèi)的作用，故此深入挖掘杏果實(shí)風(fēng)味、色澤品質(zhì)形成相關(guān)的基因，解析其轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制對(duì)于杏果實(shí)品質(zhì)改良和調(diào)控都具有重要科學(xué)和實(shí)踐意義。本研究以新疆杏為研究材料，采用高效液相色譜法（High Performance Liquid Ch

2、romatography，HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS）檢測分析了風(fēng)味品質(zhì)變化顯著的紅色果皮佳娜麗在果實(shí)成熟過程中可溶性糖、有機(jī)酸和香氣成分的組成和含量變化；使用HPLC鑒定分析了果實(shí)發(fā)育和成熟過程中三種不同色澤類型6個(gè)品種中類胡蘿卜素的組成和含量。并借助Illumina Hiseq2000平臺(tái)，對(duì)佳娜麗杏和輪臺(tái)小白杏果實(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-

3、sequencing），通過同源比對(duì)和WGCNA（Weighted Gene Co-expression Network Analysis）分析鑒定了杏果實(shí)風(fēng)味、色澤品質(zhì)形成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄因子，并初步構(gòu)建了轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。主要結(jié)果如下：
　　1.杏果實(shí)主要的可溶性糖為蔗糖、果糖、山梨醇和葡萄糖，成熟期果實(shí)的蔗糖占總糖含量的60％。通過整合轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù),共鑒定得到了25個(gè)糖代謝相關(guān)的差異表達(dá)結(jié)構(gòu)基因。其中，PaSPS、Pa

4、SUS、PaIvr、PaHXK、PaFRK和PaPFK1為促進(jìn)成熟過程中糖含量合成積累的關(guān)鍵基因。杏果實(shí)主要的有機(jī)酸為蘋果酸、奎寧酸、檸檬酸，成熟果實(shí)的蘋果酸占總酸比例的66.80%。共鑒定出39個(gè)有機(jī)酸代謝相關(guān)的差異表達(dá)結(jié)構(gòu)基因，其中，PaNAD-MDH、PaPK、PaPDC、PaPEPC、PaACO、PaSDH、PaSTK、PaIDH是導(dǎo)致成熟果實(shí)有機(jī)酸含量下降的關(guān)鍵基因。同時(shí)，本研究鑒定出19個(gè)糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和5個(gè)酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其中，P

5、aSWEET、PaSTP、PaERDL和PaALMT、PaSFC1參與果實(shí)的糖、酸轉(zhuǎn)運(yùn)。
　　2.β-紫羅酮、γ-癸內(nèi)酯、乙酸己烯酯等是杏果實(shí)特征性香氣成分，且含量在果實(shí)成熟期間顯著增加。轉(zhuǎn)錄組分析表明，PaFAD是脂肪酸代謝途徑中形成內(nèi)酯的關(guān)鍵基因，PaLOX是甲羥戊酸途徑中形成酯類的關(guān)鍵基因，PaCCD是萜類途徑中脫輔基類胡蘿卜素類香氣成分形成的關(guān)鍵基因。在這些基因的協(xié)同作用下，萜類香氣成分和C6化合物隨著果實(shí)成熟含量降低，脫

6、輔基類胡蘿卜素類香氣成分、內(nèi)酯和酯的含量升高。
　　3.網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，WGCNA分析中“red”“cyan”“blue”這三個(gè)模塊與風(fēng)味化合物密切相關(guān)。基于 WGCNA的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及 Cytoscape的可視化共確定了15個(gè)調(diào)控風(fēng)味品質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子和6個(gè)脫落酸受體因子。PaERF、PaABAR、PaMADS-box等轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控杏果實(shí)風(fēng)味化合物的積累。
　　4.從三種不同色澤類型的杏果實(shí)中，共鑒定出6種類胡蘿卜素，包括

7、：紫黃質(zhì)、葉黃質(zhì)、新黃質(zhì)、八氫番茄紅素、β-隱黃質(zhì)和β-胡蘿卜素。其中紫黃質(zhì)和葉黃質(zhì)的含量隨著果實(shí)成熟呈下降趨勢，新黃質(zhì)、八氫番茄紅素、β-隱黃質(zhì)、β-胡蘿卜素的含量升高。β-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)在紅橙色品種紅玉杏、旦杏中的含量顯著高于黃色品種和淺黃色品種。因此，β-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)可能是杏果實(shí)中紅色、橙色的主要顯色色素，且濃度越高，顏色越深。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，“blue”“l(fā)ightgreen”模塊與紅色品種佳娜麗的類胡蘿卜素積

8、累顯著相關(guān)，“blue”“turquoise”模塊與輪臺(tái)小白杏的類胡蘿卜素積累顯著相關(guān)。PaDXS、PaPSY、PaCRTISO、PaLCYB、PaCHYB、PaNCED為調(diào)控杏果實(shí)中類胡蘿卜素代謝的關(guān)鍵基因，其中PaCCD4對(duì)色澤形成起顯著的負(fù)調(diào)控作用。鑒定出3個(gè)PaCCD4基因，且 PaCCD4在輪臺(tái)小白杏白色果肉中的表達(dá)高于佳娜麗紅黃色果皮的表達(dá)，因此，PaCCD4在白色果肉形成中有重要作用。
　　5.基于網(wǎng)絡(luò)分析共鑒定出3