葡萄在储存和运输过程中容易出现果实脱落和腐烂、穗轴褐化等现象,严重影响了其采后的贮藏及经济效益。葡萄果实采后贮藏期的长短取决于果实成熟和老化的速度,而乙烯在果实成熟和衰老过程中扮演了重要的角色。ACO是乙烯生物合成通路中的一个关键酶,对乙烯的生物合成起着重要的作用。为了研究ACO基因在葡萄果实生长发育过程中的可能作用,本研究采用了’黑色甜菜’(Vitis viniferaL.’Black Beet’)和’香悦’(Vitis vinifera L.’Xiang Yue’)两种葡萄为试验材料,测定果实生长及采后贮藏期间果粒和穗轴的乙烯释放量,分析VvACO基因家族三个成员的时空表达情况;并通过构建植物过表达载体,将过表达VvACO2基因转化拟南芥中进行基因功能验证。主要研究结果如下:(1)通过对’黑色甜菜’和’香悦’两个葡萄品种的果实成熟发育过程以及采后储藏过程中穗轴和果粒的乙烯释放量进行测定,结果表明,2个葡萄品种果粒一直处于低乙烯释放水平,且生长发育前期乙烯释放速率较高,随后逐渐下降,其乙烯释放速率均低于1.0μL kg-1 h-1,总体均呈逐渐下降的趋势,随着果实的成熟乙烯释放量趋近于0;两品种穗轴的乙烯释放量都在花后56天具有乙烯释放峰值,但’黑色甜菜’穗轴的乙烯释放量在贮藏期2天时有一个明显的呼吸跃变,乙烯释放量提升了三倍,明显高于’香悦’。(2)’黑色甜菜’和’香悦’在整个生理发育时期以及采后贮藏期间,其穗轴的呼吸速率均比果粒要高,且两个品种在穗轴和果粒两个部位的呼吸速率均没有显著的变化。(3)在’黑色甜菜’生理发育过程中和果实采收储藏期,VvACO1基因在果粒中实时荧光定量表达分析结果表明,VvACO1基因的表达水平与果粒的乙烯释放量呈极显著正相关,其相关系数为0.919,而穗轴中VvACO1基因表达量的高低与果粒的乙烯释放量具有显著负相关性,其相关系数为-0.691。其他基因的表达与果梗和果粒乙烯的释放都不具有相关性;’香悦’果粒中VvACO2基因表达量的高低与果粒的乙烯释放量具有极显著正相关性,其相关系数为0.923。其他基因的表达与果粒和穗轴的乙烯的释放都不具有相关性。(4)VvAC02基因在拟南芥中过量表达后,与野生型对照相比,转基因拟南芥出现明显的矮化,且在整个生长周期中生长缓慢,开花期延迟。在转基因拟南芥的生长周期中,VvACO2基因均高表达,但乙烯释放量与野生型相比无明显差异,这表明了转基因拟南芥存在转录后调控。(5)通过对苗龄为4w的转过表达VvAC02拟南芥和野生型拟南芥样本进行转录组测序,共获得25,799个基因,有6506个差异基因,其中上调基因2344个,下调基因4162个。差异基因分析结果显示,VvACO2基因在拟南芥中的过表达造成了乙烯合成通路AtACS1、4、5、1 1,AtACO1基因转录水平的下调,AtACS2和AtACS7上调;乙烯信号转导通路上基因AtCTR1、AtSIMKK、3个AtEIN3基因表达量均下调;ERF1和ERF2和2个AtEIN3基因表达量上调。这表明了 基因过表达造成了拟南芥中乙烯合成及信号转导途径中相关基因在转录水平上的变化,是造成乙烯释放量无显著变化的原因之一。综上所述,本研究结果表明葡萄VvACO2基因是果实生长发育中的一个关键功能基因,过表达VvACO2基因能造成拟南芥矮化,但对乙烯释放速率影响不大。