论文部分内容阅读
辣椒是我国种植面积最大的蔬菜作物之一，具有极高的经济价值。果实是辣椒最主要的经济产出品，而果实的发育涉及众多生理生化及内部分子机制的调控变化。当前，microRNAs测序、转录组学和蛋白组学技术的飞速发展已经为番茄、苹果和葡萄等众多经济作物果实发育机理和品质形成调控机制的解析提供了重要帮助。本研究以不同发育阶段的纯合自交系辣椒为研究材料，通过对其品质性状测定，microRNA鉴定、转录组测序和蛋白组测序分析，在基因和蛋白质水平上，结合生理表型对辣椒果实发育过程中分子响应和调节机制进行研究，主要的研究结果如下：
(1)对五种不同基因型辣椒果实四个不同发育阶段的营养品质等性状变化的研究发现，可溶性总糖、果糖、蔗糖、葡萄糖、可溶性蛋白、总氨基酸、维生素C、维生素E、辣椒红素、辣椒素和木质素均随果实的发育含量有不同程度上升，而纤维素和半纤维素则随着果实的发育含量呈不同程度降低。青熟期向转色期转变是整个果实发育过程中营养品质等性状变化最大的阶段，其中果糖、蔗糖、葡萄糖、可溶性总糖、可溶性蛋白、总氨基酸，维生素C，辣椒红素和辣椒素含量在青熟期到转色期之间的增幅均有显著升高。相关性分析表明除纤维素和半纤维素与其他性状均呈负相关关系外，其他品质之间均呈正相关关系。
(2)对螺丝型辣椒SJ11-3果实发育30天，40天，50天和短羊角型辣椒06g19-1-1-1果实发育30天四个样本中microRNAs的鉴定和分析中，鉴定到59个已知的miRNA，归属于17个miRNA家族；同时鉴定到310个新miRNA，预测到656个新miRNA的靶基因，并对其中402个靶基因进行了注释。KEGG注释结果表明，辣椒果实发育过程中靶基因主要参与RNA降解，核糖体，半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径；辣椒果实发育30天时，两个辣椒材料中靶基因在氨基酸和核糖代谢，淀粉和蔗糖代谢两个途径存在明显的差异表达。
(3)对SJ113-和06g19-1-1-1果实进行转录组测序，四个不同发育时期共鉴定到23349个基因，其中分别有17361个和17083个基因在SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒四个不同发育时期均鉴定到表达。在相邻发育阶段的比较中，转色期/青熟期(Br/MG)差异表达基因数目最多，SJ11-3和06g19-1-1-1中分别各有8160个和5252个差异表达基因；SJ11-3和06g19-1-1-1则分别在红熟期/转色期(MR/Br)和青熟期/嫩果期(MG/IMG)差异表达基因数目最少，分别为1782个和1490个。GO功能富集分析显示，这些差异表达基因主要在氧化还原过程、膜、膜的整体成分等功能中大量富集。KEGG功能富集分析显示，差异表达基因均主要富集在代谢通路和次级代谢产物的生物合成等途径中。
(4)在转录组学研究的基础上，采用Labelfree技术对两个辣椒材料四个不同发育时期的果实进行蛋白组学分析，共鉴定得到5455个蛋白质。这些蛋白中，分别有2568个和2139个蛋白在SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒的四个不同发育时期均鉴定到蛋白表达丰度。在相邻发育阶段的比较中，Br/MG阶段差异表达蛋白数目最多，SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒中分别各有408个和634个差异表达蛋白；MG/IMG阶段差异表达蛋白数目最少，分别仅有181个和193个差异表达蛋白。GO功能富集分析显示，差异表达蛋白在果实发育后期主要在分子功能中的光合作用和细胞组分的类囊体中富集。KEGG富集分析显示，在果实发育过程中大量差异表达蛋白富集在内质网蛋白加工、光合作用和光合作用-天线蛋白途径。
(5)通过对转录组和蛋白组数据的关联分析，发现鉴定到的蛋白有95％以上能关联到对应的转录组基因，但可关联到转录组差异表达基因的差异表达蛋白比例显著降低。这些可关联的差异表达蛋白可注释到41条GO功能类中，主要集中在代谢过程，细胞生理过程，刺激应答，催化活性，结合，细胞，细胞组分和细胞器等功能类。KEGG功能富集分析显示，两个辣椒材料各相邻发育阶段可关联的差异表达蛋白在内质网蛋白加工途径，光合作用和光合作用-天线蛋白等途径大量富集。
(6)在这项研究中，通过对转录组和蛋白质组的整合分析发现了一些可能参与辣椒红素、维生素C和维生素E生物合成以及果实发育和成熟过程中细胞壁代谢的候选基因/蛋白。在辣椒中，辣椒素的合成主要受关键蛋白的调控，尤其是牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶GGPS1(Capana04g000412)和辣椒红素-辣椒玉红素合成酶CCS1(Capana06g000615)的调控。维生素E的合成主要受蛋白GGPS1、双牻牛儿基二磷酸还原酶GGR(Capana03g000791 )和生育酚环化酶TC(Capana08g000837)的调控。GGPS1不仅参与调节辣椒素的合成，还参与调节维生素E的水解产物生育酚的合成。在辣椒果实发育的前期，GGPS1的催化产物主要用于生育酚的合成，后期主要用于辣椒红素的合成。维生素C的合成途径主要由GDP-L-半乳糖磷酸酶GGP(Capana06g000722)和GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶GMP(Capana03g002806)调控。
(1)对五种不同基因型辣椒果实四个不同发育阶段的营养品质等性状变化的研究发现，可溶性总糖、果糖、蔗糖、葡萄糖、可溶性蛋白、总氨基酸、维生素C、维生素E、辣椒红素、辣椒素和木质素均随果实的发育含量有不同程度上升，而纤维素和半纤维素则随着果实的发育含量呈不同程度降低。青熟期向转色期转变是整个果实发育过程中营养品质等性状变化最大的阶段，其中果糖、蔗糖、葡萄糖、可溶性总糖、可溶性蛋白、总氨基酸，维生素C，辣椒红素和辣椒素含量在青熟期到转色期之间的增幅均有显著升高。相关性分析表明除纤维素和半纤维素与其他性状均呈负相关关系外，其他品质之间均呈正相关关系。
(2)对螺丝型辣椒SJ11-3果实发育30天，40天，50天和短羊角型辣椒06g19-1-1-1果实发育30天四个样本中microRNAs的鉴定和分析中，鉴定到59个已知的miRNA，归属于17个miRNA家族；同时鉴定到310个新miRNA，预测到656个新miRNA的靶基因，并对其中402个靶基因进行了注释。KEGG注释结果表明，辣椒果实发育过程中靶基因主要参与RNA降解，核糖体，半胱氨酸和蛋氨酸代谢途径；辣椒果实发育30天时，两个辣椒材料中靶基因在氨基酸和核糖代谢，淀粉和蔗糖代谢两个途径存在明显的差异表达。
(3)对SJ113-和06g19-1-1-1果实进行转录组测序，四个不同发育时期共鉴定到23349个基因，其中分别有17361个和17083个基因在SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒四个不同发育时期均鉴定到表达。在相邻发育阶段的比较中，转色期/青熟期(Br/MG)差异表达基因数目最多，SJ11-3和06g19-1-1-1中分别各有8160个和5252个差异表达基因；SJ11-3和06g19-1-1-1则分别在红熟期/转色期(MR/Br)和青熟期/嫩果期(MG/IMG)差异表达基因数目最少，分别为1782个和1490个。GO功能富集分析显示，这些差异表达基因主要在氧化还原过程、膜、膜的整体成分等功能中大量富集。KEGG功能富集分析显示，差异表达基因均主要富集在代谢通路和次级代谢产物的生物合成等途径中。
(4)在转录组学研究的基础上，采用Labelfree技术对两个辣椒材料四个不同发育时期的果实进行蛋白组学分析，共鉴定得到5455个蛋白质。这些蛋白中，分别有2568个和2139个蛋白在SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒的四个不同发育时期均鉴定到蛋白表达丰度。在相邻发育阶段的比较中，Br/MG阶段差异表达蛋白数目最多，SJ11-3和06g19-1-1-1辣椒中分别各有408个和634个差异表达蛋白；MG/IMG阶段差异表达蛋白数目最少，分别仅有181个和193个差异表达蛋白。GO功能富集分析显示，差异表达蛋白在果实发育后期主要在分子功能中的光合作用和细胞组分的类囊体中富集。KEGG富集分析显示，在果实发育过程中大量差异表达蛋白富集在内质网蛋白加工、光合作用和光合作用-天线蛋白途径。
(5)通过对转录组和蛋白组数据的关联分析，发现鉴定到的蛋白有95％以上能关联到对应的转录组基因，但可关联到转录组差异表达基因的差异表达蛋白比例显著降低。这些可关联的差异表达蛋白可注释到41条GO功能类中，主要集中在代谢过程，细胞生理过程，刺激应答，催化活性，结合，细胞，细胞组分和细胞器等功能类。KEGG功能富集分析显示，两个辣椒材料各相邻发育阶段可关联的差异表达蛋白在内质网蛋白加工途径，光合作用和光合作用-天线蛋白等途径大量富集。
(6)在这项研究中，通过对转录组和蛋白质组的整合分析发现了一些可能参与辣椒红素、维生素C和维生素E生物合成以及果实发育和成熟过程中细胞壁代谢的候选基因/蛋白。在辣椒中，辣椒素的合成主要受关键蛋白的调控，尤其是牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶GGPS1(Capana04g000412)和辣椒红素-辣椒玉红素合成酶CCS1(Capana06g000615)的调控。维生素E的合成主要受蛋白GGPS1、双牻牛儿基二磷酸还原酶GGR(Capana03g000791 )和生育酚环化酶TC(Capana08g000837)的调控。GGPS1不仅参与调节辣椒素的合成，还参与调节维生素E的水解产物生育酚的合成。在辣椒果实发育的前期，GGPS1的催化产物主要用于生育酚的合成，后期主要用于辣椒红素的合成。维生素C的合成途径主要由GDP-L-半乳糖磷酸酶GGP(Capana06g000722)和GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶GMP(Capana03g002806)调控。