刺梨(Rosa roxburghii Tratt)属于蔷薇科蔷薇属果树,果实中含有丰富的膳食纤维,尤其是其中的木质素组分是唯一难以被生化分解的芳香族类聚合物,因此高含量的木质素必然会导致果实口感差、质地粗糙及出汁率低,严重影响鲜食和加工产品品质。虽然高等植物木质素的合成途径已基本清楚,但有关刺梨果实中木质素的积累过程及其分子生理机制研究尚未涉及。本文以刺梨为材料,在系统测定刺梨果实中木质素的组分及其合成积累规律的基础上,分析相关合成酶活性以及基因表达水平与木质素含量之间的关系,以为揭示该类特殊果实木质素合成和调控的分子生理机制提供更多信息。本研究获得的主要结果如下:(1)刺梨果实发育过程中木质素的积累幼果期果实(花后40 d之前)含有整个生育期最高的木质素含量,之后随着果实快速生长呈迅速下降趋势,花后70 d之后降幅逐趋平缓,至果实成熟时降至幼果期含量的约15%。对果实不同部位木质素含量测定以及Wiesner染色均表明,果实中2/3的木质素主要积累在果实皮刺部位,去皮刺果肉中木质素含量只占总量的约1/3,而且其积累模式明显是由果实皮刺呈纤维状向果肉延伸。(2)刺梨果实中木质素的单体类型对两种木质素单体松柏醇(G-型单体)和芥子醇(S-型单体)含量的HPLC分析表明,虽然在果肉中两种单体含量变化稍有差别(发育初期松柏醇较高,成熟果实中则芥子醇更高),但在整果及木质素主要积累部位--果实皮刺中,两种单体含量及其变化趋势差别不大,均呈先升高后降低的趋势,且与木质素变化高度一致。两者之间的比值变化范围为1~3,表明刺梨果实中木质素类型为G-S型。(3)刺梨果实木质素积累过程中的酶活变化及关系对参与植物木质素合成途径的相关酶活性分析表明,合成途径上游的两个酶C4H和4CL的活性无论在整果或在果实皮刺部位的变化趋势与两种单体的变化均高度一致,尤其是在果实发育前期(花后40d之前);而且负责单体聚合的POD也在该发育期间表现最高的活性(之后急剧降低至几乎不能检测)。这表明果实发育前期(花后40d之前)是刺梨果实木质素单体合成与聚合的主要时期,而C4H和4CL是该过程关键的酶。(4)刺梨果实木质素合成基因的表达与其木质素积累的关系在前期转录组测序数据的基础上,采用RT-PCR方法克隆获得了木质素生物合成途径中11个基因的cDNA序列,包括公共苯丙氨酸代谢途径基因3个:PAL、C4H、4CL,木质素合成特异途径基因7个:HCT、C3H、COMT、CCoAOMT、F5H、CCR、CAD以及参与木质素单体聚合基因POD。采用qRT-PCR方法分析了这11个基因在果实发育过程中表达水平变化及其与木质素合成的关系,结果表明:公共苯丙氨酸代谢途径的3个基因PAL、C4H、4CL在整个发育时期的表达水平变化总体呈先快速增加后急剧下降的趋势,与两种单体以及木质素的积累趋势一致,再次说明合成途径上游基因在单体合成调控中的重要性。而参与木质素特异合成过程的HCT、C3H、COMT、CCoAOMT及F5H等5个基因在单体快速积累期间(花后10-40 d)均呈表达水平迅速升高的趋势,表现出一致的协同作用。从整个发育过程看,C3H和CCoAOMT的表达无论与单体还是木质素都呈显著的正相关关系,而CCR、CAD以及POD等基因的表达则在果实发育后期呈现较大幅度的上调,可能与它们还参与其他物质的代谢过程有关。