果实软化过程中果胶降解酶及相关基因研究进展

果实软化发生在储运过程中的后熟阶段,果实中不溶性原果胶降解为可溶性果胶和果胶酸是引发该阶段果实软化的主要原因。本文介绍了果实成熟软化过程中细胞壁结构的变化,以果胶为重点描述细胞壁组分的变化;由于果胶降解过程中参与的酶种类较多,因此,重点从起关键作用的三种果胶降解酶(多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶、β-半乳糖苷酶)以及相关基因表达对果实成熟软化过程的影响方面进行综述。     

不同品种甜樱桃花色苷的积累及PacMYBA表达分析

针对果实成熟时表现不同颜色的甜樱桃品种(黄色品种‘佐藤锦’,红色品种‘拉宾斯’),采用高效液相法测定分析其果实生长中花色苷主要成分及含量,采用RT-PCR克隆‘佐藤锦’的一个MYB基因,同时利用荧光定量PCR分析Pac MYBA基因在两个品种甜樱桃果实生长过程中的表达情况。结果表明,‘拉宾斯’果实转色后花色苷的积累上升趋势明显,成熟后花色苷含量高且组分由单一的一种逐渐丰富为3种;‘佐藤锦’果实转色后花色苷含量有所增加但增加幅度不大,且花色苷组分单一;二者在转色后Pac MYBA的相对表达上升趋势明显,成熟时‘拉宾斯’Pac MYBA的相对表达远高于‘佐藤锦’。本研究对解释甜樱桃果实生长过程中色泽变化及推测Pac MYBA对甜樱桃果实花色苷起正调控作用提供理论基础。     

紫色不结球白菜花色苷合酶基因BrcANS的克隆与表达分析

以不结球白菜紫色品系NJZX1-3和其绿色突变体NJZX1-0及其后代F₂的2个株系NJZX2-1和NJZX2-2为材料,研究花色苷合酶基因在紫色不结球白菜叶片花色苷合成途径中的作用。利用同源克隆的方法,分别在NJZX1-3及NJZX1-0中克隆到花色苷合酶基因;经序列比对发现,花色苷合酶基因的核苷酸和氨基酸序列在2种材料和大白菜中完全一致,长度为1077 bp,编码358个残基,第211~307肽段具有2OG-Fe (II)双加氧酶家族基因的结构域,被命名为BrcANS。BrcANS蛋白与同科芥菜的同源性高达99%,进化关系亦与其最相近。在全部4种材料鲜叶中,总花色苷的含量(TAC)与叶片紫色程度是一致的,其中,NJZX1-3叶片中总花色苷含量最高,达到80.15±5.74 mg 100 g^–1 FW;BrcANS表达量为NJZX1-0 < NJZX2-1 < NJZX2-2< NJZX1-3,与其总花色苷含量呈正相关。BrcANS的mRNA在NJZX1-3和NJZX1-0两种材料的不同组织中特异性表达：在叶片中高度表达,而在其他组织中表达较弱;另外,在两种材料间的表达亦存在显著差异,在NJZX1-3叶片中的表达丰度显著高于NJZX1-0。随着叶龄的增大,紫色不接球白菜叶片紫色变浅,BrcANS的表达量下降,但在NJZX1-3和NJZX1-0间的表达差异亦明显减小。以上结果表明,BrcANS基因是紫色不结球白菜中花色苷合成的关键基因之一,其mRNA表达量与叶片紫色直接相关,可能在其转录水平上调控叶片中紫色的形成。     

巴西蕉果肉类黄酮生物合成特点及其关键酶基因的差异表达分析

为了明确巴西蕉果肉类黄酮生物合成的特点及其关键酶基因的差异表达特性,本研究选取抽蕾期(0 DAF)、断蕾期(20 DAF)、采收期(80 DAF)、成熟度Ⅱ期(8 DPH)、成熟度Ⅵ期(16 DPH)的巴西蕉的果肉,分别测量总黄酮的含量,观察其变化趋势。分别提取根、叶、花、果实以及上述五个时期的果肉RNA进行转录组测序,分析类黄酮生物合成关键酶基因在不同组织器官及不同发育成熟阶段的表达特性,并对其中10个关键酶基因的表达进行验证。结果表明从抽蕾期至断蕾期再到采收期,巴西蕉果肉黄酮含量呈明显的下降趋势,至采收时下降到最低点,在采后成熟过程中小幅上升再下降。类黄酮生物合成6个关键酶基因家族共78个基因在巴西蕉不同组织器官中是差异表达的,其中3个基因在根、叶、花和果实中都高水平表达,有42个、11个、18个、8个基因分别在根、叶、花、果实中高表达;这78个基因也在巴西蕉果实不同发育成熟阶段差异表达,有4个基因在果实发育成熟阶段都高水平表达,有27个、27个、19个、15个、9个基因分别只在抽蕾期、断蕾期、采收期、成熟度Ⅱ期和成熟度Ⅵ期中高水平表达;类黄酮生物合成关键酶基因CHS(Ma02_t24860.1)、CHI(Ma11_t21950.1)和F3'H(Ma03_t31570.1和Ma05_t26350.1)与总黄酮的变化趋势相似,推测这4个关键酶基因在香蕉果实黄酮生物合成过程中具有非常重要的作用。研究结果可为解析巴西蕉类黄酮生物合成的分子机制提供帮助。     

调控果实成熟的基因工程研究进展

阐述了在果实成熟过程中与乙烯生物合成和细胞壁降解相关的酶（ACC合酶、ACC氧化酶、多聚半乳糖醛酸酶和果胶甲基酯酶）及其调控果实成熟的基因工程研究进展。     

水稻花色苷含量及合成结构基因的差异表达研究

水稻花色苷的生物合成受许多因素影响,而控制关键酶的结构基因是最主要的因素。针对2个红米材料和2个白米材料,采用实时荧光定量的方法,对合成水稻花色苷的结构基因( OsPAL 、 OsCHS 、 OsCHI 、 OsF3H 、 OsF3′H 、 OsDFR 、 OsANS 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT )在茎、叶及种子发育过程中的相对表达水平进行了测定。结果表明:1) OsPAL 、 OsCHS 在水稻的茎、叶和种子中表达, OsCHI 在白米恢复系蜀恢498和白米株系的组织中均有表达,是花色苷合成的组成型基因;其它基因在参试材料的茎、叶和种子中的表达量不同,具有组织特异性。2)在红米品种贵红1号和红米株系开花后7~28 d的花色苷含量逐渐增加,而白米恢复系蜀恢498和白米株系的花色苷含量逐渐下降;这些基因在红米品种贵红1号和红米株系的前中后期均有表达且表达量较高, OsCHS 在红米品种贵红1号种子发育过程中的表达量逐渐增加;这些基因在白米恢复系蜀恢498和白米株系开花后7~28 d的前中期表达量较低,后期急剧降低。表明这些基因的表达量与其花色苷的含量动态变化相同,对花色苷的积累有一定的作用。3) OsPAL 、 OsCHS 表达量与红米品种贵红1号花色苷含量呈显著正相关, OsF3H 表达量与白米株系花色苷含量呈显著正相关, OsPAL 表达量与红米株系花色苷含量呈显著正相关, OsCHI 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT 表达量与红米株系花色苷含量呈极显著正相关。研究表明,这些基因在参试材料的茎、叶和种子开花后7~28 d前中后期的差异表达,可能是造成它们着色差异的主要原因。 OsPAL 、 OsCHS 是红米品种贵红1号籽粒花色苷合成的关键基因, OsF3H 在白米株系籽粒发育过程中扮演重要的角色, OsPAL 、 OsCHI 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT 在红米株系籽粒花色苷积累中起重要作用。     

果实成熟衰老过程中软化机理研究进展

介绍了果实成熟衰老过程中呼吸作用、乙烯释放量、细胞壁超微结构和组分变化,以及与果实软化有关的细胞壁酶的活性变化。多数果实软化是由于细胞壁的破坏,细胞中的果胶溶液化,纤维素解体等。与果实软化相关较为密切的4种细胞壁酶:多聚半乳糖醛酸酶(PG)、β-半乳糖苷酶(β-Gal)、纤维素酶(Cx)和果胶甲酯酶(PME)。为深入研究果实软化机理提供参考。     

番茄果实成熟相关基因SlPEL和SlAPL的表达特性

分析27个代表番茄不同发育阶段和生物反应的组织特异性、含有152 635个独立EST数据库的数码表达,发现果胶裂解酶基因 (pectate lyase, SlPEL) 和番茄AP2 Like (SlAPL)的转录受果实成熟的调节。以授粉后不同发育时期的番茄(品种为美味樱桃)果实为试材, 用半定量PCR和荧光实时定量PCR分析SlPEL的表达模式,结果表明,授粉后12 d,其表达水平明显上升;授粉后16~18 d,达到第一个小高峰;28 d到最高峰;从28 d到完全成熟逐步下降到第一个小高峰的水平。SlAPL的表达模式与SlPEL类似,但其表达启动的时期迟于SlPEL。从授粉后25 d,SlAPL转录启动;授粉后28~32 d,其转录水平上升到第一个小高峰;39 d达到最高峰,以后到完全成熟略有下降。该研究也印证利用EST的数据库进行基因数码表达分析的可行性。     

马铃薯类黄酮-3-O-葡萄糖基化酶基因的克隆与表达分析

根据茄科植物花色苷生物合成相关基因的资料,设计简并引物,通过RT-PCR的方法从马铃薯(Solanum tuberosum cv.Chieftain)紫色芽的cDNA中克隆到类黄酮-3-O-葡萄糖基化酶基因(3GT)的全长cDNA.序列分析表明,这个3GT基因编码的多肽为448个氨基酸残基,在氨基酸水平上与茄科的矮牵牛和茄子的一致性最高,均为76%,多重比较和系统发育分析均表明,该基因为3GT家族中的一个新成员.用半定量RT-PCR进行了表达分析表明,3GT在根、叶和块茎中的表达量远高于茎和花;此外,3GT在Chieftain的红色愈伤组织中表达而在非红色愈伤组织中不表达,可见,3GT的表达与花色苷的积累是相关的.     

萝卜PAL全基因组家族鉴定及在不同颜色类型萝卜中的表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase, PAL)是类黄酮生物合成途径中的第一个关键酶,在植物花色苷的积累过程中起着重要的作用。本研究从萝卜基因组中鉴定到了5个PAL家族成员并命名为RsPAL1～RsPAL5,以胭脂萝卜‘红心1号’为材料克隆了这5个RsPALs的开放阅读框,利用荧光定量PCR技术分析了其在红皮红肉的‘砂罐萝卜’和‘红心1号’、红皮白肉的‘砂罐1号’和‘满堂红’和白皮白肉的‘春不老’的叶片、叶柄、皮和肉中的表达水平。结果显示,5个RsPALs基因开放阅读框长度分别为2 160、2 166、2 163、2 124和2 109 bp,分别编码719、721、720、707和702个氨基酸。氨基酸序列比对和系统进化树分析发现5个Rs PALs成员都有MIO保守结构域(Ala-Gly-Ser),RsPAL1～RsPAL4与拟南芥AtPAL1和At-PAL2聚在一起,Rs PAL5与AtPAL4聚在一起。不同品种不同组织中的定量PCR结果显示,RsPAL4仅在积累花色苷的组织中表达,且与花色苷含量呈正相关,这表明RsPAL4是参与萝卜花色苷生物合成途径的关键基因;其他4个成员在不同品种和不同组织中的表达并无明显的规律,可能参与了苯丙烷类代谢的其他次生代谢途径。本研究为进一步深入研究萝卜PAL的功能奠定了基础。     

彩色马铃薯类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶基因(3GT)的生物信息学和表达分析

类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶(3GT)能催化无色的花色素生成有色的花色苷。本研究采用RT-PCR法从彩色马铃薯中克隆了3GT基因,并对其进行了生物信息学分析和组织表达模式分析。结果显示,3GT基因编码448个氨基酸残基,具有信号肽但无跨膜结构域,还有一定的亲水性,定位于细胞质。同源比对表明3GT与茄子等茄科植物同属一簇,亲缘关系最近,与玉米等单子叶植物亲缘关系较远。3GT蛋白主要的二级结构元件为α-螺旋和无规则卷曲,且只有一个功能结构域,即氨基酸序列中的93~407区段,它与UDP-glucoronosyl、UDP-glucosyl transferase的功能结构域相匹配,因此,3GT属于UDPGT型糖基转移酶超家族的一员。组织特异性表达结果表明:3GT相对表达量和花色苷含量均是块茎高于叶片,它们的变化趋势基本一致,花色苷含量较高的器官,其3GT的相对表达量也较高,说明花色苷的积累与3GT的表达正相关。本研究可为花色苷积累的生化及分子机制研究奠定基础,并为进一步研究该基因在花色苷合成途径中的调控功能提供理论依据。     

马铃薯野生种CHS基因cDNA的克隆与表达分析

设计简并引物,用RT-PCR法从马铃薯野生种(Solanum pinnatisectum)克隆到了CHS(Chalcone synthase,查尔酮合酶)基因的全长cDNA,并用半定量RT-PCR法进行了表达分析.序列分析表明,CHS基因编码一个389个氨基酸残基的多肽,在氨基酸水平上与其他茄科植物的同源性达到89%～93%,多重比较和系统发育分析均表明该基因为CHS家族中的一个新成员;检测了CHS基因的空间表达模式,该基因在花和匍匐茎中表达量最高,在根和块茎中没有检测到,这与花和匍匐茎呈淡紫色有花色苷合成,而根和块茎呈白色无花色苷合成是相一致的;发现在块茎中CHS受光诱导表达,光照后的第3天表达量最高,而在光照前检测不到,光照前块茎为白色,随着光照时间的延长,其表层颜色因积累花色苷而变成紫红色.     

番荔枝果实发育进程中糖分累积机制分析

番荔枝的果实含糖丰富,其内含物多用于营养、医药和加工等领域。近年来,番荔枝成为研究水果中糖积累的优良物种,但由于基因组资源的稀缺阻碍了该物种的遗传研究。为研究番荔枝基因组资源及其糖分累积的分子机制,本研究通过对番荔枝2个品种5个果实发育不同阶段的三代、二代转录组测序及荧光定量表达分析。结果发现,番荔枝糖分主要在果实成熟阶段进行积累,大多数基因参与糖的转运和果实的代谢,参与淀粉合成的基因葡萄糖-1-磷酸腺肌转移酶基因、1,4-α-葡聚糖基因和淀粉合成酶基因在果实成熟阶段受到高度抑制。然而,导致淀粉降解的基因被急剧上调,包括2个α-淀粉酶基因、36个β-淀粉酶基因和13个4-α-葡聚糖转移酶基因。同样,参与淀粉降解的6个异戊酶基因在果实成熟前期被下调,但在成熟后被急剧上调,这表明它们对番荔枝果实在成熟过程中的糖分积累有积极的贡献。糖代谢相关差异表达基因的综合分析表明,成熟过程中引发的淀粉降解是果可溶性糖积累的最活跃通道。本研究完成了番荔枝转录组全长测序,结果有助于番荔枝基因挖掘、克隆、表达研究及与糖积累正相关的基因深入研究。     

持绿大豆叶片中叶绿素降解途径关键酶基因的表达分析

为了探究叶绿素降解途径关键酶基因在大豆不同生育时期的表达情况,以期为揭示调控大豆持绿特性的分子机制提供参考,本研究以大豆‘科丰14’和其持绿突变体‘北农108’为试验材料,在其苗期、开花期和成熟前期,利用荧光定量qPCR方法分析了6种叶绿素降解途径中关键酶基因表达量的变化。结果表明,6种关键酶基因在两个品种苗期和开花期的相对表达量并无显著差异,在成熟前期脱镁螯合酶(MDCase)、脱镁叶绿素酶(PPH)和脱镁叶绿酸a加氧酶(PAO)三个酶基因相对表达量显著提高(p0.05),并且在‘科丰14’中的表达量远高于在‘北农108’中的表达量,因此推测在叶绿素降解代谢途径中这三个关键酶基因所调控的代谢过程可能是‘北农108’持绿的重要原因之一。本研究为探究大豆持绿特性的分子调控机制,作用机理提供实践参考,为高光效大豆的遗传改良,探究植物衰老延缓机制,提高产量和品质等提供理论支持。     

番木瓜成熟衰老蛋白基因CpSSA的克隆与表达分析

衰老相关蛋白(senescence-associated protein,SSA)基因在果实成熟衰老中起重要作用。为了探究番木瓜衰老相关蛋白基因,以‘大白八号’番木瓜果实为材料,采用RACE技术扩增出番木瓜SSA基因全长cDNA序列,命名为CpSSA(登录号:KX885408)。生物信息学分析显示,CpSSA全长1 203 bp,包含一个420 bp的开放性阅读框。番木瓜SSA蛋白含有139个氨基酸,分子质量为15.172 4 kD,等电点为9.61。该蛋白的氨基酸序列与桃、葡萄、杨树、菠菜的氨基酸序列有较高的同源性。系统进化树显示,番木瓜SSA与葡萄SSA表现出最小的进化距离,亲缘关系最接近。用荧光定量PCR分析在不同处理不同成熟度番木瓜果实中CpSSA基因的表达差异,结果显示在乙烯处理后的6 h和12 h表达量显著升高,在1-MCP处理中表达量较低,在乙烯/1-MCP处理果实中的表达模式与成熟衰老有一定相关性,推测CpSSA基因可能参与了番木瓜果实的成熟衰老进程。     

杜鹃花品种大鸳鸯锦花瓣条纹形成的色素基础和差异表达基因的挖掘

为解析杜鹃品种大鸳鸯锦花瓣粉色条纹形成的分子机制，挖掘与粉色条纹形成相关的关键基因，选取大鸳鸯锦盛花期花瓣，对花瓣白色区域与粉色条纹区域的色素分别进行测定，同时，利用Illumina HiSeq^TM测序平台对它们的转录组进行测序分析，并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对测序结果进行验证。结果表明，大鸳鸯锦花瓣粉色条纹的形成是由花色苷积累引起的。花瓣粉色条纹区域与白色区域共鉴定出7 086个差异表达基因(DEGs),其中上调表达基因3 802个，下调表达基因3 284个。与花色苷形成相关的花青素生物合成、苯丙素生物合成和类黄酮生物合成途径在花瓣粉色条纹区域中更为活跃。根据DEGs的GO和KEGG富集分析结果，从与花色苷生物合成代谢相关及其调控途径共筛选出31个DEGs,其中26个为花青素合成代谢结构基因，5个为转录调控基因(3个MYB和2个bHLH);26个花青素合成代谢结构基因共编码9种酶，其中20个基因在花瓣粉色条纹组织中的表达水平明显高于白色花瓣组织；通过NCBI同源搜索发现2个R2R3-MYB和1个bHLH与已知调控果实或叶片中花青素合成有关的同...     

李属植物果实成熟软化研究进展

李属植物果实营养丰富,为人类提供了大量的营养物质,但是其果实采后迅速软化,导致果实品质下降、不耐贮藏及货架期短。为了解李属植物果实成熟软化的研究概况,本研究归纳总结了李属植物果实成熟过程中包括呼吸作用、乙烯释放、品质相关物质变化在内的生理变化,细胞壁结构、物质成分变化、细胞壁降解相关酶在内的细胞壁变化,果实成熟软化相关的基因及果实成熟软化蛋白质组学研究进展,并提出了存在的问题及未来研究趋势。指出目前李属植物果实成熟软化研究集中于果实采收后或贮藏期间细胞壁物质成分、结构变化及细胞壁降解相关酶,如多聚半乳糖醛酸酶、β-半乳糖苷酶等的活性变化,及这些酶的基因克隆、功能分析,指出结合转录组学、蛋白质组学、代谢组学和基因组学等几种组学将是李属植物果实成熟软化研究的发展方向。     

甜瓜CmERFV-4基因cDNA克隆及特性分析

乙稀应答因子(ethylene-responsive factor,ERF)是乙烯信号通路中的组分之一,通过认别并结合下游功能基因启动子顺式作用元件GCC-box,从而实现对植物发育的调控和逆境胁迫的响应。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜为研究材料,从成熟甜瓜果实中克隆得到554 bp的CmERFV-4基因cDNA,基于该cDNA序列,进行了蛋白理化性质、空间结构与系统进化分析。实时荧光定量PCR检测表明,在不同组织检测结果中CmERFV-4基因在子叶中的表达量最高,在不同发育阶段果实检测结果中该基因在授粉后40 d果实中的表达量最高。构建了该基因超表达载体和RNAi载体。     

B68发酵滤液对香蕉冠腐病菌致病酶影响的研究

对活体内外半裸镰刀菌产生的细胞壁降解酶进行活性分析,明确了其侵染青香蕉果实后会引起为明确香蕉冠腐病菌致病酶的变化情况以及B68发酵滤液对致病酶的影响,对活体内外半裸镰刀菌产生的细胞壁降解酶进行活性分析,在其侵染青香蕉果实后,会引起被侵染组织内产生高活力的果胶甲酯酶果胶裂解酶类（PML、PL）和纤维素酶（cellulase）,而不产生果胶水解酶类。病菌活体外产生的细胞壁降解酶活性均高于活体内产生的酶活。采用体外诱导培养的方法,与对照相比,芽孢杆菌B68发酵滤液在各浓度下均显著抑制半裸镰刀菌活体外果胶酶类（PG、PMG、PME、PL、PML）和纤维素酶类（Cx、β-glucosidase）细胞壁降解酶的分泌,研究目的是为使用芽孢杆菌菌剂防治香蕉冠腐病提供科学依据。     

甜瓜ACS基因家族表达与相关基因的定点编辑分析

果实软化是甜瓜果实储藏和保鲜的瓶颈,乙烯与果实软化密切相关,而ACS基因是合成乙烯的关键限速酶。本研究在果实呼吸跃变型‘T4’和非呼吸跃变型‘T5’品种中,分析了11个甜瓜ACS基因家族成员的表达模式,获得了果实发育不同阶段差异ACS基因,并对其进行了CRISPR/Cas9遗传转化。结果表明,甜瓜ACS基因家族成员在受试甜瓜品种中具有不同的组织表达模式,在发育的果实中,CmACS1、CmACS2和CmACS5主要在果实成熟和软化过程中高表达;CmACS3、CmACS7、CmACS13、CmACS14和CmACS15表达量低;CmACS5在果实成熟期40 d高表达;CmACS10在两个品种果实发育过程中变化趋势相同;CmACS12在两个品种果实发育过程中变化趋势相反;CmACS2在‘T4’整个果实发育期高表达。结合软肉甜瓜‘老汉瓜’和硬肉甜瓜‘皇后’在果实发育过程中的定量分析表明,不同呼吸跃变类型甜瓜在果实成熟过程中ACS的作用基因和基因表达量均差异显著。此外,通过构建以CmACS1、CmACS2、CmACS5为靶标基因的CRISPR/Cas9基因编辑载体,采用子房注射法转化甜瓜,其中C...