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苹果果皮花色苷代谢及相关基因调控的研究

【摘要】:花色苷是类黄酮物质的一种,是决定苹果果实着红色的色素,但是这些基因是如何调控花色苷合成及这些合成基因间的关系研究不够深入。本文以‘新红星’为试验材料研究了苹果不同发育阶段花色苷代谢及相关基因的表达;并对‘新红星’和‘王林’苹果进行套袋处理,测定除袋后果实花青素含量的变化及相关基因的表达。同时利用VIGS方法构建了PAL、CHI、DFR和ANS这四个基因RNA干扰载体并转染‘红星’果实,测定干扰果实相关基因表达量的变化和花色苷及类黄酮物质积累含量的变化,探讨PAL、CHI、DFT和ANS基因对花色苷代谢的调控及结构基因之间存在的关系,主要结果与结论如下: 1.通过对‘新红星’苹果不同时期果皮中花色苷及其他类黄酮物质分析,发现随着果实成熟花色苷物质含量显著上升,黄酮醇类物质含量上升了一倍,而酚酸类物质、黄烷-3-醇类物质和根皮苷物质表现出不同程度的下降。 2.‘新红星’苹果套袋果实除袋后花青素含量是自然生长(对照)果实花青素含量的1.3倍,测定相关结构基因表达,发现套袋果实PAL、CHS、CHI、F3H、DFR、ANS和UFGT基因的表达在除袋后都有不同程度的上升,在果实成熟时以DFR、ANS和UFGT基因的表达上升最为显著,分别比刚除袋时上调8倍、17倍和8倍,其中成熟时这三个基因的含量套袋处理果实是对照果实的2倍、3倍和1.7倍,这说明‘新红星’更易着色与DFR、ANS和UFGT基因表达密切相关。‘王林’苹果果实经套袋处理后能够着红色,测定PAL、CHS、CHI、F3H、DFR、ANS和UFGT基因的表达量在除袋后都有不同程度的上调,其中以DFR.ANS和UFGT基因表达量升高最多,而对照果实中CHS、DFR、ANS和UFGT基因基本不能被检测到,且王林套袋果实中DFR、ANS和UFGT基因表达模式与花青素含量变化模式相似,这说明DFR、ANS和UFGT对王林果实的着色起到重要作用。 3.‘红星’果实PAL.CHI、DFR和ANS等基因分别被干扰后,会导致自身基因表达量下调,其中PAL自身表达量下调82.8%,CHI自身表达量下调75.3%,DFR自身表达量下调72.3%,ANS自身表达量下调98.1%。同时还会导致代谢途径中其他基因表达量的下调,说明花色苷代谢途径是这些基因共同作用的结果,他们共同调控着花色苷的合成。 4.PAL、CHI、DFR和ANS这四个基因RNA干扰载体分别转染‘红星’苹果果实后,检测发现花色苷及其他类黄酮物质含量均降低,但以花色苷降低的幅度最大,下降幅度在85.8%-99.5%之间,黄烷醇下降幅度在29.8%-69.7%之间,黄酮醇下降幅度在59.6%-92.1%之间,根皮苷下降幅度在33.3%-39.5%之间,说明这些单一基因被干扰后会使花色苷合成途径中类黄酮物质的合成受阻。

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