论文部分内容阅读
宁夏枸杞（Lycium barbarum L.）是我国重要的药用植物资源。宁夏枸杞果实为浆果,外果皮表面有角质层分布,主要由蜡被覆盖,成为果实制干中制约水分正常散失的表观限制因子。目前,关于枸杞果实果皮蜡质的研究主要集中于成熟果实果皮蜡质微形态、含量和组分等的研究,而关于果实发育过程中果皮蜡质含量、组分以及主要蜡质组分积累的关键基因等方面的研究均未见相关报道。为了进一步揭示枸杞果实发育过程中果皮蜡质积累的生理及分子机制,本研究以当前宁夏枸杞栽培中制干差异较大的宁杞1号和宁杞5号枸杞果实为材料,采用扫描电镜、GC-MS技术、转录组学和qRT-PCR技术,系统研究不同发育时期果皮细胞结构、蜡质微形态、含量及组分的变化,在此基础上,利用转录组学技术,筛选与枸杞果皮蜡质主要组分积累相关的基因,并进行表达分析。取得的主要结论如下:1.宁夏枸杞果实细胞结构观察表明,宁杞1号和宁杞5号果皮结构相同,但宁杞5号果皮细胞体积大于同期宁杞1号,并最终呈现出宁杞5号果皮厚度显著大于宁杞1号。果皮蜡质微形态扫描电镜结果表明:青果期蜡质结构呈膜状覆盖在呈脊状突起的外果皮上,色变期外果皮表面脊状突起的规律性和连续性更加明显,果皮蜡质依然均匀分布在呈脊状突起的外果皮上,成熟期宁杞1号和宁杞5号果皮蜡质形态因含量增加而呈现层状结构覆盖在脊状突起的外果皮上。2.随着枸杞果实发育成熟,两个品种果皮蜡质含量均为先下降后上升,且宁杞1号果皮蜡质含量高于同期宁杞5号。GC-MS结果表明:宁杞1号青果期和色变期的蜡质组分主要为烷烃类、醇类和碘代烷烃类,相对含量分别为45.6%、12.81%、7.93%和47.18%、8.66%、5.77%;成熟期的蜡质组分为烷烃类、醇类和酯类,相对含量分别为48.42%、5.35%和6.68%。宁杞5号青果期和色变期的蜡质组分主要为烷烃类、醇类和碘代烷烃类,相对含量分别为43.8%、14.4%、8.21%和56.4%、7.16%、6.27%;成熟期的蜡质组分为烷烃类、醇类和酯类,相对含量分别为49.47%、3.72%和 2.52%。3.采用转录组学技术,分别对两个品种三个发育时期枸杞果实差异基因进行鉴定,其中宁杞1号和宁杞5号中分别鉴定得到671和1117个差异基因。在对差异基因进行GO和KEGG通路分析的基础上,结合文献查阅,共确定与蜡质积累相关的基因54个。进一步对不同发育时期蜡质主要组分含量与蜡质积累相关的54个基因的表达量进行相关分析,确定与主要蜡质组分相关基因8个,即与二十四烷酸、二十烷酸和甘六烷相关的基因WIN1,与（2R,3R,4AR,5S,8AS）-2-羟基-4a,5-二甲基-3-（丙基-1-烯-2-基）八氢呋喃-1（2H）-酮和十八烷基-3,5双（1,1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酸酯相关的基因SHN3,与二十八烷烃、二十七烷烃和1-碘代三十烷相关的基因WSD1,与二十四烷酸相关的基因LACS2,与十八烷基-3,5双（1,1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酸酯相关的基因LACS6、与二十二烷酸和十八烷基-3,5双（1,1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酸酯相关的基因LTPG2以及与十八烷基-3,5双（1,1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酸酯和二十八烷相关的基因FDH1。其中属于代谢反应酶基因的为LACS2、LACS6、CER1、WSD1和FDH1,LTPG2为脂类运输基因,属于转录因子的有WIN1和SHN3。4.采用qRT-PCR验证分析了蜡质基因在枸杞不同器官中的表达特异性。WIN1、CER1、LTPG2、SHN3和LACS2都在茎和叶中优势表达;FDH1和LASC6在叶和转色果中优势表达;WSD1则在花和茎中优势表达,这表明候选基因具有一定的组织特异性。本研究结果为下一步开展宁夏枸杞适宜制干剂的研发及适宜制干品种培育提供了理论参考。