【摘 要】
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番木瓜(Carica papaya L.)是热带亚热带地区重要的经济作物,作为典型的呼吸跃变型果实,采后很快成熟衰老和品质劣变,易受到生物或非生物胁迫影响,货架期短,不易贮运保鲜。钙处理能够有效减少果实采后生理病害和延缓果实衰老并且钙作为一种重要的第二信使,在园艺产品的采后保鲜、调节生理功能等过程中起着极其重要作用。本研究以番木瓜(‘华农2号’和‘华农1号’)为试验材料,筛选了合适的钙处理方法,系
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金(31701970); 国家自然科学基金(31372112); 广东省教育厅特色创新项目(2017KTSCX017); 广东省珠江人才计划-青年拔尖人才项目(2017GC010321); 华南农业大学高层次人才项目;
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番木瓜(Carica papaya L.)是热带亚热带地区重要的经济作物,作为典型的呼吸跃变型果实,采后很快成熟衰老和品质劣变,易受到生物或非生物胁迫影响,货架期短,不易贮运保鲜。钙处理能够有效减少果实采后生理病害和延缓果实衰老并且钙作为一种重要的第二信使,在园艺产品的采后保鲜、调节生理功能等过程中起着极其重要作用。本研究以番木瓜(‘华农2号’和‘华农1号’)为试验材料,筛选了合适的钙处理方法,系统分析了钙处理对番木瓜后熟期间生理及果实软化相关酶活性的影响以及成熟相关基因及钙调蛋白(CML)基因家族的表达特性;以筛选出的与番木瓜成熟密切相关的CpCML16为诱饵,在番木瓜1-MCP后熟障碍c DNA文库中筛选与之互作的蛋白,进行了互作验证;以番木瓜1-MCP处理转录组数据为基础,分析了互作蛋白CpPP2C46及其家族关键基因的表达规律,进一步分析了与PP2C基因家族调控相关的ABA途径关键基因的表达,以期揭示钙及钙调蛋白CpCML15/16在延缓番木瓜成熟衰老中的作用机制,为研发番木瓜保鲜新技术提供理论参考。主要研究结果如下:1.筛选出合适的延缓番木瓜果实成熟衰老的钙处理方式(2.5%的CaCl2 水溶液浸泡15 min),能有效地保持番木瓜果实品质,延长货架期(25℃)4 d左右。CaCl2 处理延缓了果皮褪绿转黄和果实软化进程,抑制了番木瓜乙烯释放和果实的呼吸速率;CaCl2 处理抑制了果实软化关键酶包括纤维素酶(Cx)、β-葡萄糖苷酶(β-Gul)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)和果胶甲酯酶(PME)的活性,延缓了细胞壁结构的降解,有利于保持细胞结构完整。2.CaCl2处理显著抑制了细胞壁降解相关基因PG1、PG2、PL2、XYL、GAL,EXP1和EXP2的表达,抑制其转录水平,延迟基因表达峰值出现的时间;同时也抑制了乙烯信号转导基因ACO1、ACS1、CTR1、EBF1的表达;CaCl2 处理诱导了钙调蛋白家族CML15、CML30、CML13、CML49、CML16、CML39.1、CML23、CML24基因的表达,抑制了CML5、CML46、CML37、CML25、CML3、CML48、CML11的表达,而对其它成员CML13、CML25.1、CML25.2、CML36、CML47、CAM7、CML42、CML17.1、CML38、CML41基因表达的影响不显著。3.以CpCML16为诱饵蛋白,在番木瓜1-MCP处理表现后熟障碍样品的c DNA文库筛选到其互作蛋白CpPP2C46。分别将CpCML15/16与CpPP2C46/47/65进行Y2H酵母双杂交实验和Bi FC实验,结果都显示CpCML15与CpPP2C46、CpPP2C47、CpPP2C65之间存在互作,CpCML16与CpPP2C46、CpPP2C65之间存在互作关系。4.转录组分析数据显示,CpPP2Cs家族基因表达与果实成熟密切相关,其表达受到乙烯及乙烯受体抑制剂1-MCP的调控。利用RT-qPCR进一步验证了其表达特性,结果显示1-MCP处理抑制了PP2C15、PP2C65、PP2C47、PP2C38、PP2C51、PP2C57、PP2C6基因的表达,而乙烯利处理强烈诱导了PP2C56、PP2C47、PP2C51、PP2C57、PP2C46基因的表达;抑制了PP2C15、PP2C38、PP2C6表达。钙处理下调了与转黄指数显著正相关的基因PP2C65和PP2C47的表达,但诱导了PP2C15和PP2C38的基因表达,这两个基因的表达与生理指标无相关性。5.采用RT-qPCR进一步验证了ABA信号途径中与果实后熟相关的差异基因NCED3R、CYP7074-like、PYL4-like、ABIL1、PYR/PYL、ABF2-like、ABI5、ABIL4-like、PYL1-like、ZEP、GT、AAO-like、ABI5-like、CYP707A1的表达特性。其中PYL4-like、PYL9、ABIL2-like、GT基因表达与果实成熟软化相关,ABIL46-like和NCED3基因表达与果实转色有关。不适当的1-MCP处理抑制PYL4-like表达,但诱导了GT基因的表达;PYL9、ABIL46-like、GT、ABIL2-like在CaCl2 处理的果实中受到抑制,ABIL2-like、NCED3基因表达在CaCl2 处理的果实中被诱导,这些基因在果实成熟过程中起着重要的作用。
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