柑橘果实有机酸代谢研究进展

柑橘果实中有机酸含量是决定果实品质好坏的重要指标之一,降低果实中有机酸含量提高果实品质一直是人们研究的一个热点及难点。综述了柑橘果实中柠檬酸的合成与降解、柑橘果实中有机酸代谢相关酶、柑橘果实柠檬酸的跨膜运输及柑橘果实有机酸的调控等方面内容。尤其是柠檬酸新的降解途径、柠檬酸跨膜运输时液泡内外柠檬酸盐的动静态平衡和分子方面给出了国内外最新研究进展,推测柑橘果实发育后期柠檬酸的急剧下降可能是由于其参与了GABA途径并最终代谢成氨基酸而导致的;详细介绍了柠檬酸离子与氢离子在液泡内外转运的模型。最后总结讨论了柑橘果实有机酸调控的思路,提出了今后的研究方向、思路和需要解决的问题。     

柑橘果实柠檬酸积累调控基因研究进展

有机酸是果实主要的品质组分物质之一,直接影响柑橘果实的口感和风味。多数柑橘果实的柠檬酸占总酸含量的70%以上,是主要的有机酸类型。介绍了柑橘果实柠檬酸的代谢途径和国内外柑橘果实柠檬酸研究涉及的果实类型及有机酸特点,综述了参与调控柑橘果实柠檬酸积累的相关基因,指出了柠檬酸合成相关基因CS在不同报道中的功能差异,整理了目前报道的柠檬酸降解相关的Aco、IDH、ACL、GAD、GS基因以及贮藏相关的PH、AHA基因在影响柑橘果实柠檬酸含量中的作用;特别指出了近年来报道的调控柑橘果实柠檬酸积累的相关转录因子研究。柑橘果实柠檬酸积累是一个复杂的过程,受多种因素影响,与其他果实性状研究相比其研究还处于起步阶段。为此,笔者对调控柑橘果实柠檬酸积累的重要基因研究进行了综述,分析了研究现状和存在的不足并展望了今后的研究方向,旨在为柑橘果实柠檬酸代谢研究提供参考。     

‘靖安椪柑’果实发育阶段柠檬酸含量变化及其代谢相关基因的表达分析

【目的】明确‘靖安椪柑’果实发育过程中柠檬酸含量的变化规律及其与相关基因的表达关系。【方法】以‘靖安椪柑’发育阶段的果实为材料,采用高效液相色谱法(HPLC)测定了盛花后60~200 d果实有机酸含量变化,运用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)分析柠檬酸代谢相关基因相对表达量,同时分析有机酸含量变化与相关基因表达的关系。【结果】柠檬酸为‘靖安椪柑’果实主要有机酸,在果实中含量最高;在椪柑果实发育期间,柠檬酸含量呈现出先上升后下降的变化规律,奎宁酸、酒石酸和苹果酸含量呈递减的趋势,总有机酸和可滴定酸含量变化与柠檬酸含量变化一致;柠檬酸代谢相关基因表达及相关性分析结果显示,在发育期间,‘靖安椪柑’果实Cit CS1相对表达略有下降,Cit CS2和CitPEPC1相对表达先增加后减少,Cit PEPC2和Cit PEPC4的表达量在果实发育后期有所升高,这些柠檬酸合成基因表达均与柠檬酸含量无显著性相关;柠檬酸降解相关基因中,Cit PEPCKs、Cit Aco1和Cit FBPases相对表达整体呈缓慢下降的趋势,与柠檬酸含量无显著性相关,Cit Aco2/3和Cit ACLα1相对表达整体呈增长的趋势,Cit IDH1、Cit ACLα1和Cit ACLβ相对表达呈先下降后上升的趋势,Cit IDH2/3、Cit GADs和Cit GS2相对表达均呈先上升后下降的趋势,其中Cit Aco2/3和Cit ACLα1相对表达与柠檬酸含量呈显著负相关,Cit IDH1/2相对表达与柠檬酸含量呈极显著负相关。【结论】‘靖安椪柑’果实发育阶段有机酸含量主要由柠檬酸含量决定,随着果实发育成熟,柠檬酸和有机酸含量呈先升高后降低的变化,这种变化与柠檬酸合成相关基因表达无直接关联,主要受降解相关基因影响,尤其是Cit Aco2/3、Cit IDH1/2和Cit ACLα1的相对表达量的变化可能是调控‘靖安椪柑’发育阶段果实柠檬酸含量下降的主要原因之一。     

果实有机酸代谢研究进展

果实中有机酸是决定果实风味品质的重要因素之一。有机酸在果实自身代谢中参与了光合作用、呼吸作用,以及合成酚类、氨基酸、酯类和芳香物质的代谢过程。综述了果实有机酸的合成、降解、液泡贮藏等代谢过程的生理生化机制,包括果实中有机酸的组分,果实生长发育过程中有机酸的变化,有机酸代谢酶、液泡膜质子泵与果实中有机酸含量的关系,果实有机酸的遗传与分子生物学研究进展,以及环境因素与栽培措施对果实有机酸的影响与调控;并提出了今后待研究的问题。     

研究发现番茄果实中叶绿素代谢调节基因

正番茄果实成熟过程中伴随着叶绿素的降解及类胡萝卜素和类黄酮的积累。来自重庆大学的科研团队在研究中发现,SlMYB72基因在调节叶绿素、类胡萝卜素和类黄酮代谢方面具有重要作用,为园艺作物改善果实营养提供了潜在的靶点。相关成果于2020年5月发表在《植物生理学》杂志。番茄基因SlMYB72属于转录因子R2R3-MYB亚家族,位于细胞核内,具有转录激活活性。科研团队发现,SlMYB72基因的下调导致果实颜色不均匀,即在未成熟和成熟的绿色果实     

低温弱光下aga2突变体西瓜果实糖代谢差异表达基因分析

为了探明低温弱光环境对西瓜果实糖分积累的调节机制,本试验通过分析棉籽糖水解酶碱性α-半乳糖苷酶基因aga2突变体转录组数据发现低温弱光下aga2突变体西瓜果实中有686个基因上调表达,990个基因下调表达,进一步通过GO和KEGG分析发现MYB、NAC、WRKY等转录因子上调表达抵御低温弱光;而肌醇半乳糖苷合酶(Cla009222)、α-半乳糖苷酶(Cla022883、Cla019238)等与糖分代谢相关的基因在低温弱光下下调表达可能是导致aga2突变体果实糖含量下降的主要原因。本试验通过分析转录组数据,挖掘响应低温弱光的西瓜糖分积累相关基因,为西瓜果实响应低温弱光的糖代谢调控网络奠定了基础。     

研究揭示番茄成熟过程中影响果实品质的代谢物变化和调控

2022年1月,《Molecular Horticulture》在线发表了德国马普学会分子植物生理学研究所与华中农业大学合作的综述论文,具体介绍了番茄果实成熟期与果实品质(外观、风味、营养等)相关的代谢途径,包括叶绿素、类胡萝卜素、细胞壁、中央及次生代谢等及相关代谢途径的调控网络,包括转录及转录后调控,翻译及翻译后调控和表观遗传水平;并基于已发表的果实成熟期高分辨率时空转录组数据,对果实品质的代表性基因进行了权重基因共表达分析。     

研究人员发现果实成熟调控机制

<正>日前,中科院植物所研究员田世平小组的一项研究为解析果实成熟和抗病反应的转录后调控机制提供了依据。相关成果在线发表于《基因组生物学》杂志。研究人员对液泡加工酶编码基因Sl VPE3在番茄果实成熟中的功能进行了研究。通过RNAi技术沉默Sl VPE3后,发现番茄果实成熟期明显推迟,且果实对病原菌更敏感,说明Sl VPE3在果实成熟和抗病反应中发     

利用VIGS技术研究草莓FaMYB5的功能

以‘丰香’草莓(Fragaria×ananassa‘Toyonaka’)为材料,采用病毒诱导的基因沉默技术(Virus-induced Gene Silencing,VIGS)对果实中类黄酮化合物代谢相关转录因子基因FaMYB5进行沉默,并对沉默后果实类黄酮化合物代谢途径相关的结构基因和其他转录因子基因表达量进行半定量RT-PCR及RT-qPCR分析。并分别采用HPLC和香草醛—硫酸比色法对沉默后果实中花青素苷和原花青素含量进行测定。成功构建了pTRV2-FaMYB5的VIGS沉默载体,并建立了草莓果实VIGS沉默体系,FaMYB5基因沉默效率达60%;FaMYB5基因沉默处理与阴性对照相比,草莓类黄酮化合物代谢途径相关结构基因和转录因子表达量均发生改变,其中FaMYB9、FaLAR、FaDFR、FaANR表达量显著增加,从而导致果实中原花青素含量增加;而花青素合成相关基因FaANS的表达量减少1/2,FaMYB10表达量变化并不显著。此外,bHLH家族的转录因子基因FabHLH3和FabHLH3Δ随着FaMYB5的沉默表达量显著下降,而FaGL3显著升高。结果进一步证明FaMYB5转录因子对草莓类黄酮化合物代谢途径中的原花青素合成途径起负调控作用。     

猕猴桃后熟过程中ABA响应结合因子AcAREB1调控AcGH3.1的表达

以‘红阳’猕猴桃为试材,研究脱落酸(ABA)对果实采后成熟过程中生长素(IAA)代谢的影响。结果表明,外源ABA处理能够加速自由态IAA的降解,提高IAA-Asp含量,同时可以显著促进IAA降解相关基因AcGH3.1的表达。从猕猴桃基因组数据库中分离鉴定到5个ABA响应结合因子基因(AcAREB1～AcAREB5),荧光定量PCR显示,5个基因在果实采后成熟过程中均能不同程度响应ABA。酵母单杂交结果显示,AcAREB1能够直接结合到AcGH3.1的启动子上。亚细胞定位显示AcAREB1定位在细胞核上。酵母自激活试验表明AcAREB1具有转录激活活性。这些结果表明,在猕猴桃果实成熟过程中,AcAREB1可以响应ABA,调控AcGH3.1的表达,从而促进IAA的降解,最终使得果实开始软化成熟。     

番茄心室胶状物的发育及其调控机制

番茄心室胶状物的形成是肉质浆果发育的重要过程和典型特征,在调控果实成熟、风味与质地变化以及种子的发育和休眠等过程中具有重要作用。果实发育过程中,胎座外层组织分化形成心室组织,最终形成高度液泡化的胶状物。这一过程中所涉及的细胞分化、分裂与膨大等是植物发育生物学研究的重要问题。植物激素、水解酶、细胞周期与转录因子等对心室胶状物的形成具有重要作用,其中AGAMOUS基因家族与核内复制可能是调控心室胶状物形成的关键因子。对番茄心室胶状物的发育、形成及其调控因子的相关研究进行了综述,为进一步揭示胶状物的形成和调控机制提供参考。     

辣椒MYB基因家族的鉴定及与辣味关系分析

利用生物信息学方法从辣椒全基因组数据库中筛选出172个MYB转录因子，并对其序列特征、染色体定位、进化关系、蛋白质保守基序和基因结构等进行综合分析，同时通过辣椒果实不同发育阶段胎座组织转录组测序筛选与辣味可能相关的MYB基因。结果表明，辣椒MYB有1R、2R（R2R3）、3R、6R等类型，其中R2R3型居多，结构域分析表明其具有典型的W型R2R3保守基序；获取20个motif元件并进行位置分析，发现同一支MYB蛋白具有相似的结构特征；进一步与拟南芥聚类得到37个类群，推测具有多种生物学功能。转录组测序发现，CaMYB98、CaMYB168等12个MYB表达量符合‘黄魔王’辣椒果实胎座组织在不同发育期的辣椒素含量变化规律，推测其可能通过特异位点的结合来上调或下调相关蛋白的表达，从而达到对辣椒素代谢路径的调控，可作为辣味调控的重要候选基因进一步研究。     

番茄果实成熟相关转录因子的研究进展

对近年来通过高通量测序、基因结构预测、成熟突变体筛选、比较组学分析等手段获得的番茄（Solanum lycopersicum Mill.）果实成熟相关转录因子的研究进展进行了综述,为进一步阐明果实成熟相关转录调控网络作用机制的研究提供参考。     

番茄LemiR390及其预测靶基因LeTAS3的鉴定与表达分析

以番茄（Lycopersicon esculentum）紫色花青素积累品系Aft基因型‘LA1996’为试验材料,以番茄总RNA反转录的cDNA文库为模板,根据mirbase数据库中MIR390基因和番茄unigene数据库预测到的靶基因序列,克隆番茄LemiR390前体基因及其预测靶基因LeTAS3;采用定量PCR技术检测LemiR390及其预测靶基因LeTAS3在番茄果实不同发育阶段的表达情况,利用RLM 5′RACE技术验证LemiR390对靶基因mRNA的剪切作用。结果表明,克隆到两个LemiR390的前体,分别与MIR390a和MIR390b一致,含有完整的茎环结构。LemiR390与其靶基因LeTAS3在番茄果实不同发育时期表达量不同,果实发育前期特别是花后1 ~ 2周幼果期表达量高,发育后期均下降为微量表达,并且在幼果期LemiR390与LeTAS3表达呈负调控关系。LemiR390能够靶作用于LeTAS3的转录本调控其降解,其剪切位点为LemiR390序列5′端的第10位碱基。     

菜薹BrWRKY57的特性及其对BrPPH1和BrNCED3的调控

从菜薹叶片中分离获得1个WRKY转录因子,命名为BrWRKY57。氨基酸序列比对及进化树分析发现BrWRKY57与拟南芥AtWRKY57同源性较高,含有1个WRKY保守结构域,且同属于WRKY转录因子家族Ⅱc亚族。实时荧光定量PCR分析表明,BrWRKY57随着菜薹叶片衰老表达水平升高,外源脱落酸(abscisic acid,ABA)处理显著诱导其表达。亚细胞定位和转录活性分析表明,BrWRKY57定位于细胞核,且在酵母和烟草体内都具有转录激活活性。双荧光素酶瞬时表达试验显示,BrWRKY57可以激活叶绿素降解相关基因BrPPH1和ABA合成相关基因BrNCED3的启动子活性。以上研究结果表明,BrWRKY57参与菜薹叶片衰老过程可能与影响叶绿素降解和ABA合成相关基因的表达有关。     

番茄含糖量不同的两个材料果实转录组初步分析

以高含糖量（8%）和普通含糖量（4.5%）番茄为研究材料,选取绿熟期、转色期、粉红期和红熟期的果实样品,通过转录组测序比较两种材料间的基因表达差异。分析表明,普通番茄与高糖番茄4个时期共有的差异基因有288个,其中下调的有174个,上调的有114个,转色期特有的差异表达基因数量最多。GO分析表明,差异表达基因显著富集在转色期,且富集的GO功能类也最多。KEGG分析表明,转色期富集的差异表达基因及相关通路最多,主要集中在糖、酸代谢等通路。对糖、酸代谢过程关键酶的相关基因进行聚类分析,发现有30个关键差异表达基因。     

‘纽荷尔’脐橙果实发育过程中几种柠檬酸代谢相关基因的表达特征分析

【目的】探讨‘纽荷尔’脐橙果实发育过程柠檬酸变化规律及其与相关基因表达的关系。【方法】以赣南脐橙‘纽荷尔’为材料,利用高效液相色谱法(HPLC)测定了脐橙果实中有机酸组分的变化规律并采用实时定量PCR(Q-PCR)分析了柠檬酸代谢相关基因的相对表达量。【结果】‘纽荷尔’脐橙果实有机酸以柠檬酸为主,奎尼酸次之,苹果酸最少。伴随着果实发育成熟,柠檬酸、奎尼酸和酒石酸含量则呈下降的趋势,总有机酸及可滴定酸的变化趋势与柠檬酸的变化趋势一致;Cit CS1的转录丰度呈现不规则的表达模式,而Cit CS2的转录丰度变化不大,中期略有下降,呈现相对稳定的表达模式;Cit Aco1呈前期低丰度表达,后期高丰度表达,而Cit Aco2从盛花后60 d到成熟呈平稳上升趋势,伴随果实发育,Cit Aco3相对表达量变化幅度较大,总体上呈现先升后降的趋势;果实中Cit IDH1和Cit IDH3的相对表达量呈平稳上升的态势,而Cit IDH2的相对表达量在整个发育阶段比较低;Cit GAD4呈高丰度表达的态势,且变化幅度比较大,在盛花后120 d相对表达量达到最大值,但果实中Cit GAD5的相对表达量一直较低,且伴随果实成熟呈下降趋势;脐橙果实中Cit GS2表达水平略低,在整个发育阶段呈现先平稳上升再平缓下降的趋势,变化幅度不大。【结论】随着‘纽荷尔’脐橙果实发育成熟,柠檬酸降解,总有机酸含量下降,这种变化与柠檬酸合成无直接关联,而对降解相关基因的表达有所影响,尤其是Cit Acos、Cit IDH1、Cit IDH3与Cit GAD4的表达水平随着柠檬酸的下降而不断升高,可能是影响‘纽荷尔’脐橙果实成熟过程有机酸含量不断下降的原因之一。     

番茄生长素响应因子基因SlARF12在果实发育过程中的功能分析

以番茄‘Micro-Tom’为材料,研究了生长素响应因子基因SlARF12 （序列号：HM565127.1）在果实发育过程的生物学功能。实时定量PCR 检测表明,SlARF12在花蕾中表达量逐渐降低,而在授粉后的子房中显著高于去雄后未授粉的子房。利用RNA干扰（RNAi）技术抑制SlARF12表达,对番茄植株营养生长与花的发育没有显著影响,但SlARF12 RNAi果实显著大于野生型与空载转化植株的果实,且开花前去雄未授粉不能形成单性结实的果实。利用半薄切片观察转基因番茄果实早期发育细胞学特性发现,转化植株的果实果皮细胞显著大于对照果实细胞,但是两者果皮细胞层数没有显著差异。基因表达分析发现在SlARF12 RNAi的子房与幼果中细胞分化相关基因CycB1.1和CDKB2.1等的表达水平同对照相比下降,而SlPEC等细胞膨大基因表达量显著高于对照。所以抑制SlARF12可增强果实中细胞膨大相关基因的表达,从而促进果实膨大。以上结果表明,SlARF12可负调控番茄果实膨大但不参与坐果启动调控过程,显示了生长素通过ARF信号精细调控果实发育的各个阶段。     

1-MCP处理对采后‘澳洲青苹’苹果叶绿素降解的影响

【目的】以‘澳洲青苹’苹果为试材,研究1-甲基环丙烯(1-MCP)对果实采后叶绿素降解代谢的影响,为果实采后贮藏、保鲜及保绿技术提供新的理论基础。【方法】采用1μL·L^-11-MCP处理‘澳洲青苹’苹果果实,定期测定果实色泽、乙烯释放量和呼吸强度,通过高效液相色谱法(HPLC)对果皮中的叶绿素及其降解代谢产物进行定性定量分析,并采用实时荧光定量PCR技术检测叶绿素降解途径中关键基因的表达水平。【结果】1-MCP处理显著延缓‘澳洲青苹’果皮颜色转变,降低乙烯释放量和呼吸强度。1-MCP处理能保持果皮叶绿素a、b含量处于较高水平,并抑制脱镁叶绿素a和脱镁叶绿酸a的生成。叶绿素降解相关基因MdSGR、MdHCAR、MdPPH和MdNYC1的表达量受到1-MCP的调控,1-MCP抑制基因MdPAO和MdRCCR的表达,推迟叶绿素降解代谢的下游反应;MdPAO表达量与果皮色泽和叶绿素含量显著相关。【结论】1-MCP可调节叶绿素降解途径相关基因表达水平来控制代谢产物的降解和生成,从而延缓果皮叶绿素降解,其中,MdPAO是调控叶绿素降解的关键基因。     

R2R3-MYB转录因子CitMYB21对柑橘类黄酮生物合成的影响

以‘巴西酸橙’（Citrus aurantium L.）、‘本地早橘’（C. reticulata Blanco）、‘桂花蒂南丰蜜橘’（C. reticulata Blanco）、‘北碚447锦橙’[C. sinensis(L.)Osbeck]等30份柑橘种质为试材，挖掘与柑橘类黄酮生物合成相关的R2R3-MYB转录因子。通过比较转录组分析发现ERF、MYB以及Dof转录因子家族与果实发育过程中类黄酮的代谢密切相关，其中两个R2R3-MYB转录因子基因CitMYB21(Ciclev10021699m)和CitMYB33(Ciclev10012152m)的表达水平与类黄酮生物合成途径中的关键结构基因CitCHS2的表达量明显负相关。系统发育分析显示，这两个基因分别属于R2R3-MYB中的第2和第1亚族。从‘北碚447锦橙’中克隆得到了CitMYB21编码区的全长序列，共804 bp，编码267个氨基酸。CitMYB21的表达有显著的组织特异性及明显的种质特异性，并与类黄酮的含量呈显著负相关。CitMYB21沉默的柑橘植株叶片中类黄酮含量显著增加，而瞬时过表达的果皮中类黄酮的含量明显降低。...