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        正常成熟與不成熟西瓜果實中ACS、ACO 基因表達及乙烯產生的動態(tài)比較

        2019-09-19 19:26:04郭紹貴張潔張海英李常保唐曉偉任毅宮國義許勇
        中國瓜菜 2019年8期
        關鍵詞:果肉乙烯西瓜

        周 明 郭紹貴 張潔 張海英 李常保 唐曉偉 任毅 宮國義 許勇

        目的與意義:乙烯對非呼吸躍變型果實的成熟調控機制尚不明確。西瓜果實屬于非呼吸躍變型果實,據報道稱,外源乙烯處理會導致西瓜果實軟化加速和水脫。以呼吸躍變型果實番茄為對照,擬測定西瓜果實乙烯的釋放量和組織乙烯(CIE)含量,分析乙烯合成酶基因ACS和ACO基因在不同類型西瓜果實成熟過程中表達量變化,希望能解析乙烯在非呼吸躍變型西瓜果實成熟過程中的作用、獲得調控西瓜果實成熟的關鍵基因。

        材料與方法:以番茄果實為對照,測定正常成熟‘97103和不成熟‘PI296341-FR果實中乙烯的釋放量和組織中乙烯的含量。通過全長比對和蛋白結構域分析西瓜基因組ACS和ACO基因,利用Blast2GO軟件(v2.5.0)獲取ACS和ACO候選蛋白,利用InterproScan和PFAM分析候選蛋白結構域,利用分子進化遺傳分析軟件(MEGA)5.0構建系統(tǒng)進化樹,利用qPCR檢測‘97103果肉成熟過程中ACS基因和ACO基因的表達量。

        結果與分析:(1)果實發(fā)育過程中的乙烯產量:西瓜‘97103和‘PI296341-FR果實的乙烯釋放量在整個發(fā)育過程中都處于極低水平。西瓜果肉中的CIE約為番茄的1/10,其含量明顯高于西瓜果實乙烯釋放量,模式也明顯不同。(2)乙烯合成酶的活性:西瓜果肉中的ACS活性比番茄低約3~7倍,并且在2個品種果實發(fā)育期間顯示出不同的模式。在‘97103果肉中,ACS活性從10 DAP至18DAP和26DAP成倍增加。‘PI296341-FR果肉中的ACS活性明顯較低,并且在4個發(fā)育階段沒有顯著差異。在西瓜‘97103果肉中發(fā)現(xiàn)相對高水平的ACO活性。與‘97103相比,‘PI296341-FR果肉中ACO活性平均水平要低得多。(3)ACS和ACO基因的鑒定和系統(tǒng)發(fā)育分析:在西瓜基因組中識別到8個ACS基因(Cla000483,Cla006245,Cla006634,Cla011230,Cla011522,Cla014057,Cla014652和Cla022653)和8個ACO基因(Cla004353,Cla010665,Cla013516,Cla014414,Cla014827,Cla016287,Cla016825和Cla023189)。將西瓜ACS/ACO與擬南芥,番茄和草莓中ACS/ACO的蛋白質進行系統(tǒng)發(fā)育分析。西瓜ACS基因Cla006634與番茄SIACS2和SIACS4,草莓的FaACS1分為一組,Cla014652與番茄的SIACS1A和SIACS6分為一組,西瓜ACO基因Cla016287和Cla014414與番茄SIACO1,草莓FaACO1和甜瓜(Cucumis melo L.)CmACO1基因密切相關。(4)乙烯合成基因的表達:鑒定到8個ACS和8個ACO基因,排除有限轉錄的基因,最后確定4個ACS基因(Cla006245,Cla011522,Cla014652和Cla022653)以及4個ACO基因(Cla010665,Cla013516,Cla014827和Cla016287),進行階段和組織特異性表達分析。4個ACS基因在西瓜果肉和其他組織中表現(xiàn)出不同的表達模式(原圖3)。在整個果實發(fā)育過程中,Cla011522和Cla022653均以成熟依賴性方式表達,并且它們的轉錄水平在‘97103果肉成熟時高度誘導,顯著高于其他2個ACS基因Cla006245和Cla014652。4個ACO基因顯示出不同的時間和空間表達模式(原圖4)。Cla014827在成熟的果肉中特異性高表達,在‘97103果肉26DAP時達到峰值。Cla016287在‘97103的果肉和中果皮(18DAP)表達量都很高,但在其他組織較低。在‘PI296341-FR中,Cla016287以類似的方式轉錄,但水平相對較低。相比之下,成熟果實中的Cla013516和Cla010665以相對低的水平表達,并且在10DAP時到達早期峰值,然后在整個發(fā)育過程中急劇下降。

        結? ? 論:為西瓜成熟過程中乙烯生物合成與作用提供了新的見解。與不能成熟的野生西瓜‘PI296341-FR相比,正常成熟的栽培西瓜‘97103果肉產生乙烯的能力更高,表明栽培西瓜通過乙烯調控更多的生理活動,例如果實軟化。另外,栽培和正常成熟西瓜的基因組是否與番茄相似,通過嚴格調節(jié)乙烯生物合成和生產來維持乙烯在果實中的正常生理作用,仍有待進一步研究。

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