柑橘β-柠乌素积累及其调控研究进展

色泽是果实外观品质的重要指标,类胡萝卜素是柑橘等成熟果实的特征色素,其积累影响果实外观。β-柠乌素是一种红色类胡萝卜素,在柑橘成熟果实红色色泽形成中起着重要作用。笔者从β-柠乌素物理化学特性、在柑橘中的分布、合成途径、关键基因类胡萝卜素裂解双加氧酶4(CCD4)、影响/调控积累的果实发育阶段、温度、乙烯和GA_3等内外因子等方面综述了柑橘β-柠乌素积累及其调控研究进展,并对未来研究热点作了展望,以期为增进柑橘果实色泽提供参考。     

柑橘果实色素—类胡萝卜素的研究进展

柑橘果实丰富多彩,广受大众喜爱,外观色泽作为消费者选择看重的果实品质之一,其研究就显得格外重要。类胡萝卜素是柑橘果实呈色的主要贡献者,成为近年来柑橘果实色素研究的重点。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两大类,不同的色素单体呈现黄到橙红甚至紫红多种颜色,其丰富多样的组成给与柑橘果实丰富的颜色表现。笔者概述了柑橘果实呈色色素的主要来源、内外部及其他影响因素、3条合成途径(番茄红素、胡萝卜素和含氧类胡萝卜素生物合成),并介绍了类胡萝卜素对植物体和人体的生理活性功能,但目前对类胡萝卜素的分解过程以及分解产物存在形式和生理功能的研究较少,有待进一步深入开展。     

柑橘转基因研究的现状及展望

从柑橘种及品种、转化方法、导入的目的基因、转化所用的外植体、转基因频率及其影响因素等方面对柑橘转基因的现状进行了综述,并提出了下一步的研究重点。已成功获得转基因植株的柑橘种类有枳、甜橙、酸橙、宽皮柑橘、柚和来檬;柑橘转基因的手段主要是农杆菌介导法,ＰＥＧ介导法和基因枪法也有应用;目前导入柑橘的目的基因主要是与抗病抗虫相关的基因。近年来涉及柑橘糖、类胡萝卜素、有机酸、乙烯、ＧＡ、柠檬苦素、叶绿素、黄酮类及果胶等代谢以及果实发育、成熟和柑橘开花等生理过程的基因均已分离,为通过遗传工程手段调控柑橘果实物质代谢及发育过程奠定了基础。     

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。     

遮光性套袋对黄肉桃类胡萝卜素合成及相关基因表达的影响

以‘金童6号’和‘金童8号’黄肉桃为试材,于花后60 d时套袋对果实进行遮光处理,研究遮光对果实叶绿素和类胡萝卜素积累的影响,以及类胡萝卜素合成关键基因的表达差异。结果表明：伴随果实成熟,叶绿素含量逐渐降低,且3个采样时期套袋果实中的叶绿素含量均显著低于不套袋的对照;类胡萝卜素含量逐渐升高,但未成熟期套袋果实低于对照,成熟期则显著高于对照。利用高效液相色谱（HPLC）对果肉类胡萝卜素组分的分析表明：在黄肉桃果实未成熟期,类胡萝卜素以叶黄素和β–胡萝卜素积累为主,表现出叶绿体合成途径特征;进入成熟期,有色体类胡萝卜素合成途径占据优势,形成更为稳定的酯化类隐黄质和紫黄质,并且套袋果实中酯化类胡萝卜素的积累水平明显高于对照果实。此外,分子证据表明伴随果实成熟,类胡萝卜素合成关键基因HDR（羟甲基丁烯基–4–二磷酸还原酶）、PSY1（八氢番茄红素合成酶1）、PSY2（八氢番茄红素合成酶2）、PDS（八氢番茄红素脱氢酶）和HYB（β–胡萝卜素羟化酶基因）在套袋和不套袋果实中均呈现上调表达趋势。值得注意的是,DXS（1–脱氧– D–木酮糖–5–磷酸合成酶基因）、PSY2和PDS基因在成熟期套袋果实中的表达水平低于对照,而HYB基因的表达水平显著高于对照。     

园艺植物中类胡萝卜素合成与调控的研究进展

园艺植物富含类胡萝卜素,提高类胡萝卜素含量是园艺作物育种目标之一。概述了近年来在高等植物中类胡萝卜素的合成、氧化裂解和其它衍生代谢途径的研究进展,并在结构基因调控、转录因子调控、转录后调控和库源调控等多个层面上阐述了类胡萝卜素生物合成调控机制。其中,调控类胡萝卜素合成的转录因子已经成为近年来研究的热点,主要分为直接调控类胡萝卜素合成和影响果实成熟进而间接调控类胡萝卜素合成两大类。随着研究的不断深入,新转录因子、新基因和新调控方式正不断被挖掘。     

GA3处理对柑橘果皮色素变化的影响

 研究外源GA₃ 处理对柑橘‘红柿柑’果皮内源激素、叶绿素、类胡萝卜素含量变化的影响,并探讨其与色泽变化的关系。结果表明: 外源GA₃ 处理较对照提高了果皮GA₃ 、ZT 的水平, 抑制了叶绿素下降和类胡萝卜素、β-隐黄质的合成与积累, 最终表现为柑橘果实色泽发育受阻。     

超量表达欧李ChPSY基因促进转基因番茄类胡萝卜素合成的研究

将从欧李果实中分离的ChPSY cDNA经过序列分析、酶切之后,连接到植物表达载体PMV,构建了植物重组载体pBI-ChPSY,并通过根瘤农杆菌EHA105介导转化番茄,获得了12株抗性植株。PCR检测和Southern杂交结果显示,12株抗性植株均为阳性,说明外源基因ChPSY整合到转化植株的基因组中。RT-PCR分析表明,ChPSY基因在转化植株果实中得到表达。HPLC分析表明,转ChPSY基因番茄果实中总类胡萝卜素含量增加了1.62 ~ 3.04倍,八氢番茄红素、番茄红素、β–胡萝卜素和α–胡萝卜素含量分别增加了4.87、2.10、2.59和3.25倍。转化植株中内源类胡萝卜素合成基因的表达也受到广泛的影响。ChPSY基因超量表达有效促进了番茄果实中类胡萝卜素的合成和积累。     

柑橘果皮的生物活性物质和重要园艺性状

从柑橘果皮的生物活性物质和果皮相关重要园艺性状两方面综述了近年来的研究进展,并提出了未来的发展趋势。柑橘果皮富含果胶、精油、类黄酮、类柠檬苦素、类胡萝卜素和香豆素等多种生物活性物质,具有独特的营养价值,有维护健康和防治疾病之功效,是生产和开发功能性食品、保健品及药物的重要原料。柑橘果皮相关的园艺性状决定了果实的外观,对果实的商品性有重要影响。随着对柑橘CCD4b和Ruby等调控果皮颜色的关键基因作用机理的深入研究,逐步明确了柑橘果皮红色和紫红色的遗传调控机制。柑橘果皮的光滑度、厚度、硬度与剥皮性亦是不可忽视的园艺性状,这直接影响果实的外观、耐贮运性和食用方便性,且与粗皮大果和浮皮等生理性病害密切相关,目前这些性状的分子生理和遗传调控机制研究报道较少。随着人们对柑橘营养以及品质要求的全方面提升,需要加强对柑橘果皮生物活性物质代谢以及果皮相关园艺性状的分子调控机制的研究。     

与呼吸跃变型果实共贮藏改善柑橘果实色泽和品质

选择9种常见园艺果实分别与纽荷尔脐橙果实进行采后共贮藏,结果表明：与呼吸跃变型果实（香梨、猕猴桃、番茄、香蕉）共贮藏（storage with climacteric fruits,SWCF）处理可以显著促进纽荷尔脐橙果皮转红,其中香梨的效果最佳。高效液相色谱分析显示,SWCF处理促进纽荷尔脐橙果皮总类胡萝卜素、β–柠乌素、β–隐黄质和紫黄质含量增加3倍左右。其中,β–柠乌素的积累是SWCF处理促进柑橘果皮转红的主要原因。实时荧光定量PCR结果显示,SWCF处理显著激活了类胡萝卜素代谢基因的表达,特别是类胡萝卜素裂解双加氧酶4b基因（Carotenoid cleavage dioxygenase 4b,Cs CCD4b）最大被激活了约20倍,这是SWCF处理促进β–柠乌素积累的直接原因。进一步研究发现,SWCF处理改善果皮色泽对各品种柑橘具有普遍性。此外,与乙烯处理相比,SWCF处理显著降低了柑橘果蒂衰老率、失重率以及果皮蜡质的降解,增加了果实挥发性物质的含量。SWCF处理为绿色高效改善柑橘果实外观品质提供了新思路。     

黄肉苹果转色期前后类胡萝卜素合成相关差异表达基因鉴定

为了了解黄肉苹果种质成熟时富集类胡萝卜素的分子机制,以黄肉种质‘东北黄海棠’为材料,选择转色期前后(盛花后90 d和115 d)两个发育时期的果实进行RNA-seq测序,分析两个样本差异表达基因,并利用实时荧光定量PCR技术验证获得的类胡萝卜素合成相关差异表达基因的表达水平。结果获得两个样本显著差异表达基因共3 056个,与盛花后90 d果实比较,成熟期果实中有1 270个基因上调表达,1 786个基因下调表达。对这些表达差异基因进行了Pathway富集分析,结果显示差异表达基因涉及类胡萝卜素、苯丙氨酸以及类黄酮等代谢途径,其中类胡萝卜素代谢途径基因有3个上调,4个下调。通过对这7个差异表达基因进一步的qRT-PCR及聚类分析,发现一个新的候选基因MdCCD4b,该基因与菊花以及桃等CCD4聚为一类,与其他作物功能已知的CCD4一样,其表达水平与黄肉种质中类胡萝卜素积累呈负相关,推测黄肉种质果实成熟后类胡萝卜素的富集与MdCCD4b基因显著下调有关。     

番茄果实中类胡萝卜素合成与调控的研究进展

番茄是果实成熟研究中的模式植物,在番茄果实成熟过程中,类胡萝卜素种类与含量变化是影响果实着色和品质的重要因子,其相关研究也备受关注。本文综述了近年来国内外学者在番茄果实类胡萝卜素合成与调控等方面的研究进展,阐述了番茄果实中类胡萝卜素的种类、分布与含量,番茄果实在发育过程中类胡萝卜素的含量变化规律,以及参与类胡萝卜素合成的关键酶和转录因子等的研究进展,并对未来该热点问题的发展方向进行了展望。     

黄肉桃中PpSGRs对蓝光的响应及其对贮藏中类胡萝卜素积累的影响

为揭示蓝光处理促进黄肉桃果实类胡萝卜素积累的机制,以黄肉桃‘金丽’果实为研究对象,从桃基因组中筛选出PpSGR1和PpSGRL基因进行生物信息学分析,并通过q-PCR分析PpSGR1和PpSGRL在不同组织和不同发育阶段果实及其在40 μmol · m^-2 · s^-1蓝光处理果实中的表达。结果表明,PpSGR1具有多半胱氨酸保守域,属于SGR亚族;PpSGRL基因C端突变失去多半胱氨酸保守域,属于SGR-Like亚族;PpSGR1和PpSGRL都含有叶绿体信号肽,与梅亲缘关系最近。PpSGRs在‘金丽’桃不同组织和不同成熟阶段果实中均有表达,其中PpSGR1与果实采后类胡萝卜素的合成密切相关。蓝光处理可快速抑制桃果实PpPIF3进而抑制PpSGR1的转录,促进贮藏前期果实中PpPSY的表达,提高类胡萝卜素的合成和积累。同时,蓝光处理可能通过促进桃果实内源乙烯合成,上调PpSGR1表达进而抑制PpPSY转录水平,降低桃果实贮藏后期类胡萝卜素的合成能力。     

基于RNA-seq的黄肉猕猴桃类胡萝卜素合成相关基因的表达分析

【目的】探讨黄肉猕猴桃发育过程中果实类胡萝卜素合成途径中相关差异基因的功能。【方法】以黄肉型中华猕猴桃‘金丰’果实为试材,在前期RNA-seq测序的基础上,利用实时荧光定量PCR技术检测其类胡萝卜素合成过程中相关差异基因的表达水平。【结果】Unigene23885、CL10798、Unigene11266、CL1511四个基因相对表达量较高,其他基因表达量相对较低;相关性分析结果显示,类胡萝卜素含量与Unigene11266、Unigene23885、Unigene2673三个基因相对表达量显著相关,与基因Unigene23823、Unigene12775相对表达量呈极显著相关。聚类分析结果显示,基因Unigene23885和Unigene11266、基因CL1511和CL10798分别被聚为一类,其表达模式非常接近且与其他基因明显不同,并在类胡萝卜素合成中高水平表达,基因CL10467与其距离最近。【结论】综合相关性分析和聚类分析,基因Unigene11266、Unigene23885可能是类胡萝卜素合成的关键基因,且较其他基因而言,基因CL10467、Unigene12775、CL10798、CL1511、Unigene2673与其关系更密切。     

枇杷果实品质形成过程中差异表达蛋白的变化

【目的】研究枇杷果实成熟过程中不同发育阶段(青果期、转色期和成熟期)的生理代谢变化及果实品质形成机制。【方法】以‘解放钟’枇杷品种为试验材料,采用蛋白质双向凝胶电泳及MALDI-TOF/TOF-MS技术分离并鉴定蛋白质,采用RT-qPCR技术分析基因表达水平变化,同时应用生理生化技术分析生理代谢变化。【结果】成功鉴定出55个差异表达蛋白,这些蛋白主要参与糖代谢(16%)、三羧酸循环与能量代谢(9%)、抗坏血酸-谷胱甘肽循环(14%)、类胡萝卜素合成及乙烯合成(11%)、蛋白质合成(13%)、细胞结构(8%)、防御与胁迫(9%)以及其它调控(13%)等生物学过程。随着果实成熟,参与糖代谢、三羧酸循环与能量代谢以及类胡萝卜素合成及乙烯合成过程的相关蛋白均上调表达;RT-qPCR的结果与蛋白质丰度变化趋势相一致;同时,糖类物质、类胡萝卜素以及维生素C等的含量不断积累,有机酸含量不断减少。【结论】在蛋白质丰度、生理生化水平以及mRNA水平上的结果共同表明糖代谢、三羧酸循环及能量代谢、类胡萝卜素合成以及乙烯合成等代谢途径在枇杷果实品质形成过程中起着重要作用。这些结果为枇杷果实品质改良提供重要的理论依据,并为今后枇杷新品种的培育奠定分子生物学基础。     

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。     

超表达草生欧文氏菌crtB基因促进转基因番茄类胡萝卜素合成的研究

利用重组PCR 技术,将草生欧文细菌八氢番茄红素合成酶基因crtB 与豌豆质体定位序列ts-rbcS 融合,插入质粒载体PMV 中,构建了植物表达载体pBI-ts-rbcS-crtB,并通过根瘤农杆菌EHA105介导转化番茄。PCR 检测、Southern 杂交和RT-PCR 分析表明,外源基因crtB 已整合到番茄基因组中,并在转基因植株中得到表达。转基因番茄果实中的类胡萝卜素总量增加1.3 ~ 2.5 倍,八氢番茄红素、番茄红素、β–胡萝卜素和α–胡萝卜素分别增加了4.3、1.8、2.2 和2.3 倍。转化株系中内源类胡萝卜素合成基因的表达也受到广泛的影响。crtB 基因过量表达有效促进了番茄果实中类胡萝卜素的合成和积累。     

柑橘疮痂病研究进展

柑橘疮痂病(Citrus scab)是柑橘上的重要真菌病害,为害新梢、幼叶和果实,影响柑橘生长发育,果实产量和商品价值。在柑橘上,Elsino?属中的3个种可引起疮痂病,即由Elsino?fawcettii引起的普通疮痂病(Citrus Scab,CS);由E. australis引起的甜橙疮痂病(Sweet Orange Scab,SOS)和最近在柠檬上分离的1个新种E. citricola。由于离体条件下这些病菌生长极其缓慢,国内对柑橘疮痂病的研究主要局限在病害的化学防治方面。关于柑橘疮痂病的病原种类、病菌的遗传和致病性变异、致病机制和病害快速检测等方面的研究均相对匮乏。然而最近国外在这些方面却取得较为显著的进展。本文就柑橘疮痂病的病原菌种类、地理分布和快速检测、病菌毒素的合成、防治等方面作了详细介绍,以期满足读者对柑橘疮痂病的全方位了解。     

柑橘中挥发性萜类物质代谢研究进展

柑橘中挥发性物质以萜类为主,不仅影响植株与环境间的信号传递和赋予果实的香气,而且对消费者的感官体验及人体健康有多样的功能。对柑橘中挥发性萜类物质生物学功能、代谢谱的种质及组织特异性、合成途径相关基因及挥发性物质与柑橘分类等研究进展进行了综述。提出目前对柑橘挥发性萜类物质的研究仅限于代谢通路及代谢谱分析;在成分分析上多以游离态为主,糖苷等键合态的分析较少;已明确功能的结构基因及调控基因报道较少,香气品质的形成机理尚有待深入解析。展望未来,基础研究方面应重点揭示柑橘中挥发性萜类物质代谢的进化和演变规律、重要结构基因及转录因子调控机制等;生产应用中关注开发利用现有具特异香味种质、创制特殊香味新品种以及提升香气品质的栽培措施。     

脐橙与粗柠檬体细胞杂种果实类胡萝卜素、糖酸遗传的亲本偏向性

 采用高效液相色谱测定柑橘种间体细胞杂种[‘朋娜’脐橙（Citrus sinensis Osbeck）+ 粗柠檬（C. jambhiri Lush）]和其两个融合亲本果实的类胡萝卜素含量，气相色谱测定可溶性糖及有机酸含量，并检测代谢过程中关键基因的表达，比较分析体细胞杂种果实品质遗传及基因表达特点。结果表明，体细胞杂种类胡萝卜素成分及含量均偏向粗柠檬亲本，柠檬酸、苹果酸积累量也偏向粗柠檬；而蔗糖含量处在中亲值；实时定量PCR 技术检测类胡萝卜素代谢途径中的7 个基因，其中4 个基因在‘朋娜’脐橙中的表达量高于粗柠檬，环化途径中番茄红素ε 环化酶基因（CitLcy-e）、玉米黄质环氧酶基因（CitZep）在体细胞杂种中表达量偏向粗柠檬亲本，显著低于‘朋娜’脐橙。可见粗柠檬遗传物质的表达在体细胞杂种中占主导地位。