‘湘南’与‘青皮湘南’梨果皮结构、木栓质组分及蛋白组差异分析

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‘湘南梨’(P.pyrifolia Nakai,cv.Xiang-nan)果皮呈褐色,但其芽变品种‘青皮湘南梨’果面着绿色。为深入研究‘湘南梨’果皮木栓质的形成机制,本文以盛花后25 d(果实发育初期)、75 d(果实转色时期)和150 d(果实成熟时期)‘湘南梨’及其绿皮芽变品种‘青皮湘南梨’的果实为试材,研究了梨发育过程中果皮色差以及硬度的变化,利用显微镜观察了两个梨品种的果皮结构;运用高效液相色谱法(HPLC)方法测定了果皮酚类物质的含量;采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)方法测定了果皮木栓质组分含量;通过蛋白组筛选出与梨果皮色泽相关的差异蛋白,并且运用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,q RT-PCR)技术对差异蛋白编码的基因进行了表达分析。主要研究结果如下:(1)‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果实之间的色差随着果实发育逐渐增大;在整个果实发育过程中,‘青皮湘南梨’果实硬度比‘湘南梨’果实低,蜡质层厚度比‘湘南梨’厚,但表皮没有明显木栓化;‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果实表皮层的角质层厚度在这三个阶段都先增加再减少的趋势。(2)不同时期‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮中酚类组分的结果表明,两个梨品种果皮细胞酚类物质中酚酸种类主要有熊果苷、没食子酸、儿茶素、绿原酸、咖啡酸、香草醛、表儿茶素、香豆酸、阿魏酸、柚苷、根皮苷和肉桂酸等12种,其中以熊果苷和绿原酸为主要酚类物质。整个果实发育过程中,‘湘南梨’果皮中熊果苷含量比‘青皮湘南梨’低,且在盛花后25 d的差异最大。‘湘南梨’果皮中绿原酸含量只有在盛花后75 d时比‘青皮湘南梨’高;在盛花后75 d时两个梨品种之间的差异最大,‘湘南梨’果皮中含量约为‘青皮湘南梨’的1.5倍。在盛花后75 d时,‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮中表儿茶素和香豆酸含量差异较大。(3)不同时期‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮木栓质组分的结果表明,梨果皮木栓质主要由脂肪酸、α,ω-二酸、ω-羟基脂肪酸、阿魏酸、脂肪醇等组成。在梨果实发育过程中,木栓质组分主要均以脂肪酸为主,但在果实发育后期脂肪酸相对含量剧烈降低。在花后25 d,‘湘南梨’果皮木栓质中脂肪酸绝对含量比‘青皮湘南梨’高,在花后75 d和150 d时比‘青皮湘南梨’低。ω-羟基脂肪酸仅在‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果实发育前期出现,且‘湘南梨’果皮中含量比‘青皮湘南梨’果皮中的含量要低很多,分别为8.05%和16.68%。对于脂肪醇而言,花后25 d,在两个梨品种没有ω-羟基脂肪酸,在盛花后75 d和150 d开始出现,且在‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’中绝对含量无明显差异。‘湘南梨’果皮木栓质中α,ω-二酸以及阿魏酸在果实发育过程中的绝对含量都要比‘青皮湘南梨’要高,且在果实转色期(花后75 d)差异最大,约是‘青皮湘南’的3倍。(4)‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮蛋白质谱结果表明,‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮中差异蛋白共有181种,其中上调差异蛋白有98种,下调差异蛋白有83种;在上调差异蛋白中有21个参与了木栓质的合成,在下调差异蛋白中有11种参与了木栓质的合成。对梨果皮蛋白质组功能分析表明,‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’果皮蛋白质共涉及10种细胞组成,6种分子功能和17种生物过程,共参与了137条代谢途径。差异蛋白的Pathway富集分析表明,‘湘南梨’和‘青皮湘南梨’之间差异蛋白最多的二个途径是代谢途径和次生代谢物的生物合成。从编码参与木栓质合成的差异蛋白的基因中随机选取8个(其中4个为上调差异蛋白编码的基因,4个为下调差异蛋白编码的基因)进行q RT-PCR分析。荧光定量分析结果显示,在果实转色期(花后75 d)Pp ACC、PpβAS、Pp FAR和Pp SDR在‘湘南梨’果皮中的含量要比‘青皮湘南梨’果皮中的含量要高,而Pp ECR、Pp LTPs和Pp GDSL基因的含量则相反,此结果与蛋白表达谱的结果一致。
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