椪柑和脐橙果实柠檬酸合成与降解相关基因表达及其调控研究

论文摘要

柠檬酸是柑橘果实的主要有机酸,其合成途径以三羧酸（TCA）循环为主,其降解有GABA途径和GS途径。本研究以椪柑（Citrus reticulata）和脐橙（Citrus sinensis）果实为试材,分析了不同种类与品种、生境及采后热处理对柠檬酸代谢及相关基因表达的影响,探讨了柑橘果实柠檬酸代谢的分子调控机制。主要结果如下：1、椪柑果实发育过程中柠檬酸呈先上升后下降的变化,且早熟椪柑品种果实的柠檬酸含量始终低于普通碰柑品种果实,其变化趋势与总有机酸和TA含量相一致。进一步研究柠檬酸代谢相关基因的结果显示,柠檬酸合成相关基因,CitCSs、 CitPEPCs和CitPEPCKs的表达在不同碰柑品种果实间无显著差异；而柠檬酸降解相关基因,CitAco3、CitIDH1/3、CitGAD4/5、CitGS2的转录丰度在早熟椪柑果实中均显著高于普通椪柑。推测早熟椪柑果实中的低柠檬酸含量,可能与其合成速率无明显关系,而与其降解途径中相关酶编码基因的级联上调有关。2、以‘纽荷尔’、‘朋娜’脐橙果实为对象,研究不同生境对有机酸代谢的影响,结果发现赣州（北纬25°26’）脐橙成熟果实有机酸含量显著低于松阳（北纬28°27’）脐橙的,该差异也以柠檬酸含量差异为主。与椪柑果实柠檬酸代谢类似,不同生境脐橙果实柠檬酸水平差异与柠檬酸合成相关基因无显著相关性,而与柠檬酸降解基因有关。赣州脐橙果实的CitAco3、CitIDH1和CitGS2表达水平显著高于松阳脐橙果实,这些基因的高水平表达有利于果实柠檬酸的降解,而GABA途径的CitGADs基因的表达在两个生境间无显著差异。3、研究了采后热处理对柑橘果实有机酸水平的影响,发现采后40℃热空气处理2d对椪柑果实的CCI和TSS无显著影响,但可显著促进果实有机酸尤其是柠檬酸含量的下降。基因表达结果显示,热处理显著诱导了CitAco3、CitDH2/3及CitGAD4等基因的表达增强,而对CitGS2表达无影响,表明热处理加速柠檬酸分解主要通过GABA途径,尤其是通过CitAco3-CitIDH2/3-CitGAD4的级联调节。综述所述,本研究中不同品种、不同生境和采后热处理的柑橘果实有机酸含量差异均由柠檬酸水平决定,柠檬酸降解的速率决定了柑橘果实有机酸含量,但其降解机制存在差异。椪柑不同品种果实间的柠檬酸差异可能由GABA和GS降解途径共同参与,而不同生境和采后热处理则分别特异上调GS途径和GABA途径。表明不同品种间柠檬酸降解调控位点具有多样性,而不同生境和采后热处理降酸可有特异的途径,其中GABA途径可能与逆境胁迫相关。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 缩略语表
• 目录
• 1 文献综述
• 1.1 柑橘果实有机酸代谢及其调控研究进展
• 1.1.1 柑橘果实有机酸的种类及变化规律
• 1.1.2 柑橘果实柠檬酸的合成
• 1.1.3 柑橘果实柠檬酸的降解和利用
• 1.1.4 柑橘果实柠檬酸的跨膜运输
• 1.1.5 柑橘果实有机酸代谢的农艺调控措施
• 1.2 本研究的目标与内容
• 2 不同品种柑橘果实发育过程有机酸含量差异及其可能机制
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要指标测定
• 2.1.2.1 果实色泽测定
• 2.1.2.2 TSS和TA测定
• 2.1.2.3 有机酸的提取与测定
• 2.1.3 基因表达分析
• 2.1.3.1 RNA提取和逆转录
• 2.1.3.2 实时定量PCR（QPCR）
• 2.1.4 统计分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 椪柑果实发育过程色泽及TSS变化
• 2.2.2 椪柑果实发育过程有机酸和TA含量的变化
• 2.2.3 椪柑果实发育过程柠檬酸合成相关基因表达研究
• 2.2.3.1 CitCSs基因表达
• 2.2.3.2 CitPEPCs和CitPEPCKs基因表达
• 2.2.4 椪柑果实发育过程柠檬酸降解相关基因表达研究
• 2.2.4.1 CitAcos基因表达
• 2.2.4.2 CitlDHs基因表达
• 2.2.4.3 CitGADs和CitGS2基因表达
• 2.3 讨论
• 3 不同生境柑橘果实有机酸差异比较分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 脐橙果实发育过程果实色泽及TSS变化
• 3.2.2 脐橙果实发育过程果实有机酸和TA含量变化
• 3.2.3 脐橙果实发育过程果实柠檬酸合成相关基因表达研究
• 3.2.3.1 CitCSs基因表达
• 3.2.3.2 CitPEPCs基因表达
• 3.2.3.3 CitPEPCKs基因表达
• 3.2.4 脐橙果实发育过程果实柠檬酸降解相关基因表达研究
• 3.2.4.1 CitAcos基因表达
• 3.2.4.2 CitIDHs基因表达
• 3.2.4.3 CitGADs和CitGS2基因表达
• 3.3 讨论
• 4 热处理对贮藏椪柑果实有机酸代谢的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验处理
• 4.1.3 实验方法
• 4.1.3.1 果实呼吸强度测定
• 4.1.3.2 其他指标
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 热处理对椪柑果实TSS、CCI、呼吸强度及失重率的影响
• 4.2.2 热处理对椪柑果实有机酸及TA的影响
• 4.2.3 热处理对椪柑果实柠檬酸合成相关基因表达的影响
• 4.2.3.1 CitCSs基因表达
• 4.2.3.2 CitPEPCs和CitPEPCKs基因表达
• 4.2.4 热处理对椪柑果实柠檬酸降解相关基因表达的影响
• 4.2.4.1 CitAcos基因表达
• 4.2.4.2 CitIDHs基因表达
• 4.2.4.3 CitGADs和CitGS2基因表达
• 4.3 讨论
• 5 小结与展望
• 参考文献
• 作者筒历及在学期间所取得的科研成果