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。     

‘中油桃9号’及其黄肉芽变的类胡萝卜素代谢和基因表达分析

以‘中油桃9号’（白肉）及其黄肉芽变的果肉为试材,采用HPLC法对类胡萝卜素的积累水平进行定性和定量分析,实时荧光定量PCR法对类胡萝卜素代谢关键基因的表达水平进行分析。结果表明：在幼果期,‘中油桃9号’与突变体的果肉颜色无明显差异,但在果实成熟时差别很大;幼果期时‘中油桃9号’与突变体的类胡萝卜素总量相近,以β–胡萝卜素、紫黄质和叶黄质为主;果实成熟期‘中油桃9号’的类胡萝卜素总量比突变体高很多,呈现出高含量的紫黄质、β–胡萝卜素和玉米黄质;实时定量表达分析表明,果实成熟期‘中油桃9号’的CCD4转录水平比突变体高得多。果实成熟时CCD4基因的表达差异可能是导致‘中油桃9号’与突变体类胡萝卜素积累差异的主要原因。     

利用CRISPR/Cas9技术创制高番茄红素番茄新材料

以大果型栽培番茄资源“T048”为材料,利用CRISPR/Cas9技术对滞绿基因SlSGR1进行定向编辑。对19株转基因阳性株系进行靶位点序列分析发现,共有10株发生了编辑事件,编辑效率为52.6%。通过测序分析发现,编辑类型涉及碱基的缺失、插入及替换,多数发生在PAM序列上游3～4 bp碱基处,同时也发现了两个编辑位点间共565 bp的序列倒位。表型分析发现,T1代纯合编辑株系叶片衰老减缓,果实表现为铁锈色,且番茄红素、叶绿素及β–胡萝卜素含量显著提高。对类胡萝卜素合成关键基因进行分析发现,纯合编辑株系果实中的SGR1表达量显著降低,而PSY1表达量显著提高。结果表明,通过CRISPR/Cas9技术对滞绿基因SlSGR1进行定向编辑可有效提升番茄果实中番茄红素、β–胡萝卜素等类胡萝卜素含量,进而为番茄营养品质育种提供新种质。     

杏CCD1和CCD4启动子克隆及顺式作用元件分析

以‘轮台小白杏’杏果实为材料，根据转录组数据库中的CCD1和CCD4基因片段，通过基因组步移法克隆了两个启动子pPaCCD1和pPaCCD4，获得了长度分别为2 233和1 838 bp的启动子序列。利用PlantCare数据库对启动子序列的顺式作用元件进行预测分析，结果表明两个启动子均含有多个光响应、脱落酸和茉莉酸甲酯等共有顺式作用元件，此外，PaCCD1启动子中含有刺激诱导和种子特异性调控等响应元件，PaCCD4启动子中含有赤霉素、低温和增强转录水平等响应元件，这暗示PaCCD1和PaCCD4的表达可能受光信号、激素和胁迫等多种信号的共同调节。为进一步确定其启动子核心区，基于基因结构特征与顺式作用元件的分布情况，分别构建两个不同长度缺失启动子与GUS基因融合的表达载体并瞬时转化烟草叶片。GUS活性检测发现，在PaCCD1的启动子上游–2 174 ~–1 700 bp、–1 700 ~–1 200 bp、–1 200 ~–600 bp区间内均包含影响启动子活性的顺式作用元件；PaCCD4启动子在上游–1 740 ~–1 200 bp和–1 200 ~–600 bp这两个区间内含有顺式作用元件，随着启动子片段的缺失，PaCCD1和PaCCD4的GUS活性逐渐减弱。PaCCD1的启动子核心区域在–1 200 ~ 2 174 bp区段内，PaCCD4的启动子核心区域在–1 200 ~ 1 740 bp区段内。     

衣藻β–胡萝卜素加酮酶基因在南瓜果实中的瞬时表达

为了研究β–胡萝卜素加酮酶基因在南瓜中合成酮基类胡萝卜素的功能,采用农杆菌介导瞬时表达技术,将含有衣藻β–胡萝卜素加酮酶基因CrBKT的pBI121-CMTPCRBKT载体和pBI121对照载体的农杆菌菌液注入授粉后2、5、10、15和25 d的南瓜果实中,3 d后观察发现,授粉后2和5 d的果实转化后果肉呈微红,其中授粉后5 d的颜色较深,而10 d以上的无红色色素积累。经高效液相色谱(HPLC)分析色素成分,发现积累的红色色素为酮基类胡萝卜素角黄素和虾青素。与对照相比,注入CrBKT基因的授粉后2和5 d的幼果中的类胡萝卜素含量显著增加,5 d的幼果约增加了1/3,且含有106.31μg·g~(-1)酮类胡萝卜素,其中角黄素占80.65%,虾青素占19.35%,而授粉后10 d以上的果实类胡萝卜素含量没有明显变化,也没有酮类胡萝卜素的积累。PCR扩增表明转化组织中表达了该基因。结果表明,CrBKT基因只能在授粉后5 d以内的幼果中表达,并将幼果中的类胡萝卜素转化为酮基类胡萝卜素;随着果实成熟,菌液在果肉组织中无法渗透而阻碍基因表达。     

‘中油桃9号’及其黄肉突变体花和叶片中类胡萝卜素代谢及相关基因的时空表达

以‘中油桃9号’及其黄肉芽变的花和叶片为试材,采用HPLC法对类胡萝卜素的积累水平进行定性和定量分析,实时荧光定量PCR法对类胡萝卜素代谢关键基因的表达水平进行分析。结果表明:在花萼中,黄肉突变体的总类胡萝卜素水平为‘中油桃9号’的5.7倍,其中的β–胡萝卜素为‘中油桃9号’的19.6倍;除DXS和LCY-E外,突变体花萼中无论是合成类胡萝卜素的基因,还是降解类胡萝卜素基因的表达水平均显著高于‘中油桃9号’。在花瓣中,两个材料的类胡萝卜素总量无显著差异,但各类胡萝卜素成分含量存在显著差异;突变体DXS、HDR、PDS、LCY-E、CHY-B和CCD1的表达量显著高于‘中油桃9号’,ZDS、NCED1和CCD4的表达量显著低于‘中油桃9号’。在叶片中,‘中油桃9号’和黄肉突变体均以β–胡萝卜素、紫黄质、9–顺式–紫黄质和叶黄质为主,幼果期时两个材料的类胡萝卜素总量无显著差异,果实成熟后突变体的类胡萝卜素总量呈上升趋势,显著高于‘中油桃9号’;自花后55～80 d,仅CCD4的表达模式与类胡萝卜素的积累一致,因而认为CCD4的表达差异是两个材料后期叶片类胡萝卜素含量差异的主要原因。     

欧李番茄红素β–环化酶基因ChLCYb的分离与功能鉴定

利用RACE技术和RT-PCR相结合,从欧李[Cerasus humilis(Bge)Sok]果实中克隆获得长度为1798 bp的番茄红素β–环化酶(lycopeneβ-cyclase)基因ChLCYb的cDNA全长序列,开放读码框为1515 bp,编码503个氨基酸。序列分析发现,ChLCYb具有植物LCYb保守区(Plant LCYb conserved region)、FAD/NAD(P)结合区(Dinucleotide-binding signature)、"Cyclase motif 1"、"Cyclase motif 2"和"lycopeneβ-cyclase motif"等典型结构特征,在N–端存在1~84个氨基酸残基组成的转运肽信号序列,在85~106、209~227、373~391和460~480氨基酸区域包含4个跨膜结构域。荧光定量PCR结果表明,ChLCYb在叶中表达量最高,其次是幼果,在根中最低;在欧李果实发育过程中,果皮中ChLCYb表达量高于果肉,果皮中ChLCYb表达量先升高,在花后90 d左右表达量最高,然后呈缓慢下降趋势,而果肉中ChLCYb表达量相对平稳。ChLCYb表达模式与果皮和果肉中β–胡萝卜素含量的积累呈显著正相关(r=0.824和r=0.712,P0.05)。利用大肠杆菌工程菌体系诱导表达了ChLCYb蛋白,并证实其可催化工程菌株中番茄红素向β–胡萝卜素转化,其转化效率达71.22%。在番茄中超量表达ChLCYb促进果实中番茄红素向β–胡萝卜素的转化和积累,转基因株系L-11号果实中的β–胡萝卜素含量高达692.18μg·g~(-1) DW,是非转基因对照的4.42倍。     

草莓八氢番茄红素脱氢酶基因pds的克隆及特征分析

 采用RT-PCR和RACE技术从草莓果实中克隆到草莓类胡萝卜素合成途径中关键基因pds,该cDNA全长2 043 bp,具有一个1 704 bp的完整开放阅读框（ORF）,编码568个氨基酸。序列分析表明,pds编码的氨基酸序列与其它植物的PDS蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示,草莓PDS与杏的PDS蛋白亲缘关系比较近。原核表达结果表明pds基因在大肠杆菌中获得高效表达。利用半定量RT-PCR技术进行组织表达模式分析发现,pds基因在草莓的花、叶片和果实中均有表达,表达量为红果＞粉红果＞白果＞花＞青果＞叶。     

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。     

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。     

胡萝卜根中主要类胡萝卜素含量相关QTL的精细定位

以白色的野生胡萝卜‘松滋野生’(Ws)和橘色的栽培胡萝卜品种‘Amsterdam’(Af)为亲本构建的回交重组自交系(BIL)为试材,基于低倍重测序技术开发SNP标记,构建了由1 976个Bin标记组成,包含29 435个SNP标记的遗传图谱。图谱总距离834.28 c M,平均图距0.42 c M。通过对胡萝卜肉质根中类胡萝卜素含量相关QTL分析,在连锁群LG04和LG08中检测到调控α–胡萝卜素、β–胡萝卜素、ζ–胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质和总类胡萝卜素含量的主效QTL(M-QTL)2、2、3、2、2和2个,表型贡献率为11.47%~19.18%;另检测到调控α–胡萝卜素、β–胡萝卜素、ζ–胡萝卜素、玉米黄质和总类胡萝卜素含量的上位性QTL(E-QTL)1、1、2、1和1个,表型贡献率为2.50%~3.66%。在M-QTL显著区间内共检索到36个有功能注释的预测基因,其中Dck018297为ζ–胡萝卜素脱氢酶2基因,与调控β–胡萝卜素合成和总类胡萝卜素含量有关;Dck008006为乙烯响应因子2.2的同源基因,与调控α–胡萝卜素、ζ–胡萝卜素合成有关;Dck029898为转录因子b HLH135的同源基因,与调控玉米黄质合成有关。     

柑橘愈伤组织RNAi沉默CCD1基因对其类胡萝卜素积累的影响

类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD）可催化类胡萝卜素在特定位点氧化裂解生成多种生物活性化合物，其活性差异一定程度上决定了植物体内类胡萝卜素含量和组成变化。为了探讨柑橘中CCD1蛋白对类胡萝卜素积累的影响，从红肉脐橙（Citrus sinensis L. Osbeck）果实中克隆了CCD1 基因，将其特异片段通过重组反应连接到pHGRV 载体中，构建CCD1 的RNA 干扰载体pHGRV-CCD1。利用农杆菌介导的方法将其转入‘国庆1 号’蜜柑、‘伏令夏橙’和‘马叙’葡萄柚愈伤组织中，经PCR 鉴定分别获得6、4、4 个转基因干扰系。3 种柑橘材料转基因干扰系中CCD1 基因的表达水平均较野生型显著下调，其中‘马叙’葡萄柚转基因干扰系Rm2 的表达水平仅为野生型的8.4%，干扰效果最佳。CCD1 转基因干扰系愈伤组织外观多数呈现与野生型对照相近的色泽，仅Rm2 系可见较为明显的颜色变化；综合分析3种柑橘材料转基因前后类胡萝卜素含量变化，发现CCD1 基因抑制表达后，紫黄质、9–顺式–紫黄质的含量均较野生型显著增加，表明其可能是CCD1 在柑橘愈伤组织体内优先选择的裂解底物。     

红色和橙黄色果肉西瓜番茄红素和β–胡萝卜素代谢基因的表达分析

以橙黄色果肉西瓜‘WM-Clr-2’及红色果肉西瓜‘PI 179881’为试材,采用HPLC法分析其番茄红素及β–胡萝卜素在7个发育时期的积累情况,同时采用q RT-PCR技术分析番茄红素和β–胡萝卜素代谢途径中8个关键酶基因(PSY1、PSY2、PDS、ZDS、CRTISO、LCYB、NCED1和NCED7)的表达量。结果显示,随着果实的发育,番茄红素和β–胡萝卜素含量均不断增加,且在同一时期,红色果肉‘PI 179881’中的含量始终大于‘WM-Clr-2’。q RT-PCR结果显示PSY1在‘PI 179881’中的表达量高于‘WM-Clr-2’,LCYB和NCED1在‘WM-Clr-2’中的表达量高于红色果肉‘PI 179881’。分析番茄红素及β–胡萝卜素的积累规律与相关基因表达规律说明PSY1的大幅上调表达,LCYB的下调表达及NCED1的低表达可能是红色果肉‘PI 179881’中番茄红素和β–胡萝卜素大量积累的主要原因。PSY1的低表达水平,LCYB和NCED1的高表达水平可能是橙黄色果肉‘WM-Clr-2’中番茄红素及β–胡萝卜素积累量少的主要原因。     

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。     

红穗和白穗醋栗F3H的克隆及其在果实成熟过程中的表达分析

以红穗醋栗（Ribes rubrum L.）和白穗醋栗（R. albrum L.）果实为试材,采用RACE方法克隆黄烷酮3–羟化酶（F3H）基因cDNA全长序列,分别命名为RrF3H和RaF3H（KU984435和KU984436）。RrF3H全长1 351 bp,开放阅读框长1 098 bp,编码365个氨基酸;RaF3H全长1 291 bp,开放阅读框长1 098 bp,编码365个氨基酸。氨基酸多序列比对表明该基因编码的蛋白具有非血红素双加氧酶结构域（DIOX-N superfamily）和典型的F3H蛋白功能结构域（2OG-FeⅡ_Oxy加氧酶结构域）,属于双加氧酶超家族。系统发育分析表明,RrF3H和RaF3H在进化上具有明显种属特性,属于相对独立的进化分支。定量PCR分析表明,F3H在红穗醋栗中表达量远远高于白穗醋栗,在红穗醋栗中随着果实着色加深表达量逐渐上升,果实着色约75%时表达量最高,之后下降;白穗醋栗中随着果实生长,该基因的表达下降,花色苷含量也呈下降趋势,说明F3H基因在醋栗果实着色过程中发挥作用。     

柿果实扩张蛋白基因cDNA克隆及原核表达

以‘富平尖柿’（Diospyros kaki L.‘Fuping Jianshi’）果实不同发育时期提取的总RNA为模板,利用RT-PCR结合RACE技术扩增得到5个扩张蛋白基因：成熟期CDK-Exp3（1 168 bp）,转色期CDK-Exp4（1 120 bp）和CDK-Exp5（1 018 bp）,膨大期CDK-Exp6（1 129 bp）和CDK-Exp7（1 121 bp）;5个基因的开放阅读框（ORF）均为765 bp,编码254个氨基酸;构建了CDK-Exp3原核表达载体pET-CDK-Exp3,并转化于E.coli BL21（DE3）,SDS-PAGE检测结果显示表达了一个约43 kD的蛋白。     

大白菜核雄性不育相关基因BrLTP1的克隆及特征分析

 利用cDNA-AFLP技术分析大白菜核雄性不育两用系‘AB02’可育株（msms）和不育株（Msms）花蕾的基因表达谱,在可育株混合花蕾cDNA中扩增出1条特异条带TDF-25,通过RACE和RT-PCR技术克隆了该基因的全长cDNA序列。序列分析表明,该基因编码脂质转移蛋白,命名为BrLTP1。BrLTP1全长cDNA序列为750 bp,推测编码1个包含183个氨基酸残基的前体蛋白。BrLTP1蛋白含有典型的脂质转移蛋白N端信号肽,保守的AAI结构域和半胱氨酸位点。预测BrLTP1蛋白含有多种修饰性位点,包括1个PKC磷酸化位点,2个N–糖基化位点和10个N–端豆蔻酰基化位点。基因表达模式表明,BrLTP1在两用系不育株花蕾中受到强烈抑制,在可育株的大花蕾、成熟花药以及花瓣中高水平表达。     

芹菜非特异性脂转移蛋白基因的克隆与表达分析

 以芹菜（Apium graveolens）‘六合黄心芹’、‘津南实芹’和‘美国西芹’为试验材料,采用RT-PCR 技术分别获得其cDNA 序列。序列分析表明：来源于3 个芹菜品种的非特异性脂转移蛋白（Non-specific lipid transfer protein,nsLTP）基因核苷酸序列高度保守,全长357 bp,编码118 个氨基酸,起始密码子ATG 之后含有27 个氨基酸残基的信号肽序列,推测其成熟的蛋白含91 个氨基酸残基,预测其蛋白质分子量为11.75 kD,pI 值为9.36。芹菜的nsLTP 蛋白主要由α–螺旋和随机卷曲组成。空间结构上分析显示,芹菜nsLTP 蛋白中H1 区域明显分为H1a 和H1b 两个亚区域,而模板碧桃中H1 区域为一个连续的螺旋结构,存在明显的差异。进化分析显示,芹菜nsLTP 与香石竹、大洋洲滨藜等植物的nsLTP相似性较高,在保守位置具有8 个半胱氨酸残基。实时定量PCR 表达分析表明,该基因主要在芹菜的茎以及茎尖生长活跃中心表达,具有明显的组织特异性。     

观赏植物花色相关的类胡萝卜素组成及代谢调控研究进展

类胡萝卜素是一类重要显色化合物,在花色形成中起重要作用,是赋予植物呈现黄色到红色的物质基础之一,其中α–胡萝卜素（α-carotene）、β–胡萝卜素（β-carotene）以及叶黄素类（Xanthophylls）等呈黄色,番茄红素（Lycopene）、虾青素（Astaxanthin）和辣椒红素（Capsanthin）等呈红色。近年来观赏植物花色相关类胡萝卜素的研究较多,本文就类胡萝卜素对花色呈现的影响,类胡萝卜素生物合成与降解途径及相关基因功能,类胡萝卜素代谢转录、表观遗传等分子调控3个方面来概述有关观赏植物类胡萝卜素组成及代谢调控的最新研究进展,为进一步研究植物花色提供参考。     

甜瓜抗旱性相关基因MeP5CS的克隆、序列分析及表达

用GenBank登录的抗旱相关基因序列进行比对,在保守区域设计一对引物,利用RT-PCR获得了一个甜瓜抗旱相关基因,命名为MeP5CS。生物信息学分析表明,该基因全长1000bp,开放阅读框(ORF)753bp,编码250个氨基酸;MeP5CS蛋白大小约82.18kD,理论pI值为4.90;MeP5CS编码蛋白与桐花树、猕猴桃和葡萄同源性较高,分别为94%、81%和73%。该蛋白含约40.2%的α-螺旋,25.2%的β-转角,34.6%的不规则卷曲,在第19～20氨基酸之间存在信号肽的剪切位点;MeP5CS编码蛋白是疏水性蛋白,有2个跨膜螺旋结构和13个磷酸化位点。半定量RT-PCR表明,MeP5CS在甜瓜根系中表达最高,茎中次之,叶片中表达较低。MeP5CS基因在甜瓜组织中的表达受丛枝菌根真菌(AMF)和水分胁迫双重诱导,与甜瓜的组织特异性和水分胁迫处理时间有关。水分胁迫条件下,接种AMF可以显著增加甜瓜幼苗脯氨酸的积累量,菌根甜瓜幼苗的脯氨酸积累与MeP5CS基因的表达呈正相关。