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多倍体西瓜番茄红素合成关键酶基因表达及相关内源激素研究

【摘要】:本试验以3组同基因型不同倍性(二倍体、三倍体、四倍体)的西瓜(Citrullus lanatus)作为试验材料,其中L1组合(中9)和L2组合(蜜枚)为红瓤,L3组合(黄枚)为柠檬黄果肉。本研究通过分光光度计法测定这3组西瓜果实整个果实发育过程中番茄红素积累量的变化以及荧光定量分析番茄红素合成途径5个关键酶基因(八氢番茄红素合成酶基因PSY、八氢番茄红素脱氢酶基因PDS、ζ-胡萝卜素脱氢酶基因ZDS、类胡萝卜素异构酶基因CRTISO、番茄红素β环化酶基因LCYb)的表达差异,分析不同倍性和瓤色西瓜果实番茄红素积累与关键酶基因表达量之间的关系,同时探讨不同倍性西瓜不同发育时期根、茎、叶组织器官关键酶基因的表达差异,结合相关内源激素的研究,为多倍体西瓜高番茄红素的积累机制提供试验依据。本研究的主要结果如下: 1.不同倍性和瓤色西瓜果实番茄红素积累的研究: 不同西瓜品种不同倍性之间果实番茄红素含量存在明显的差异,整个果实发育过程中番茄红素含量表现为多倍体大于二倍体。在授粉后25d,红瓤西瓜的番茄红素含量差异均表现为三倍体>四倍体>二倍体。而柠檬黄瓤西瓜‘黄枚’整个发育过程中番茄红素含量都处于很低的水平。 2.不同倍性和瓤色西瓜番茄红素合成关键酶基因的表达差异: 在所有的西瓜材料中,5个关键酶基因的表达量均表现为“升高-降低-升高-降低”的趋势,两个峰值都出现在授粉后15d和25d。在授粉后15d和25d,PSY基因的表达量表现为四倍体>三倍体>二倍体,PSY的表达量在各个生长发育时期都是最高的。而LCYb在红瓤西瓜中的表达量是所研究基因中最低的;而在黄瓤西瓜中它的表达量仅低于PSY,这说明LCYb在瓤色控制以及番茄红素合成过程中的重要性。 PDS、ZDS、CRTISO基因的表达量在不同发育时期也表现出先升高后减低的趋势,但差异不明显。红瓤西瓜整个生长发育过程中只有CRTISO的表达量一直大于黄瓤西瓜,且一直表现出多倍体大于二倍体;而在黄瓤西瓜中有相反的趋势,表现为二倍体大于多倍体,CRTISO基因在西瓜瓤色决定以及倍性影响上的作用是很重要的。 对不同生长发育期根、茎、叶中这5个基因的表达量进行分析表明,各个基因的最高表达量都出现在花期;而只有PSY的表达量是二倍体最大,其它基因的表达量均为多倍体大于二倍体。 3.不同倍性西瓜内源激素含量变化的比较 对‘蜜枚’不同倍性西瓜果实5种内源激素(生长素IAA、脱落酸ABA、赤霉素GA、玉米素ZR、油菜素内酯BR)的含量进行测定,结果表明果实发育过程中内源激素的变化趋势是不一致的。IAA的含量都出现两个峰值,但不同倍性间出现峰值的时间不同;ABA的含量在花期和成熟期有所增加,但不同倍性间ABA的含量变化趋势是不同的;GA的含量在3个倍性中都表现出逐渐减低的趋势;3个倍性中ZR的含量在整个发育时期都维持在一定水平,只有授粉后25d时有一个小的峰值;BR的含量一直变化不明显。而对不同组织器官根、茎、叶中激素含量的测定表明,各个激素含量的最高值都出现在花期或成熟期,不同倍性间各个激素含量的变化趋势是不一致的。 4.西瓜果实内源激素积累与番茄红素合成的相关性 GA和番茄红素的合成共用同一底物,GA的含量在不同倍性西瓜发育过程中呈现逐渐降低的趋势,和番茄红素的积累呈负相关;ABA合成是番茄红素合成途径的延续,本研究中二倍体西瓜ABA含量变化的趋势和番茄红素积累趋势基本相一致,都是在后期含量有所升高。而其它内源激素和番茄红素的合成没有明显的相关性。

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