不同果形葡萄果实转录组分析及TIFY10A基因功能的初步分析

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在我国,葡萄(Vitis vinifera)产业以鲜食葡萄为主,其果实性状决定着品质及商品价值。由于消费习惯的不同,葡萄果粒的形状也直接影响着其经济价值,虽然现有的葡萄品种果形较为丰富,但对于果形差异建成的相关研究较为少见,本研究以三种果形差异较大的鲜食葡萄品种:长圆品种‘里扎马特(Rizamat)’、椭圆品种‘维多利亚(Victoria)’和近圆品种‘藤稔(Fujiminori)’为试验材料,通过研究不同果形果实表型和果肉细胞形态及测定内源激素含量,利用转录组测序分析,筛选葡萄果形建成相关调控基因进行克隆和转化,并进行功能初步分析,旨在从生理和分子层面初探葡萄果形建成的内在机理。主要研究结果如下:1.对不同果形葡萄果实幼果期,膨大期和转色期表型分析发现:在幼果期,三个品种葡萄纵横径无显著差异;在膨大时期,长圆品种‘里扎马特’纵径达到25.0mm,椭圆品种‘维多利亚’次之,为22.9mm,近圆品种‘藤稔’最小,为18.2mm,横径方面,‘维多利亚’为17.4mm和‘藤稔’16.1mm,显著高于‘里扎马特’的14.9mm;在转色时期,‘里扎马特’纵径达到最大30.0mm,‘维多利亚’次之,为26.0mm,‘藤稔’最小为23.66mm,横径方面‘藤稔’最大,为22.8mm,‘维多利亚’次之,为20.1mm,‘里扎马特’最小,为18.8mm,均差异显著;膨大期、转色期果形指数排序一致为:‘里扎马特’>‘维多利亚’>‘藤稔’≈1,则‘藤稔’果形更近似于圆形。从幼果期到膨大期,长圆品种纵径的生长率最高,为237%,其次是椭圆和近圆品种,为209%和146%;膨大期到转色期,近圆品种横径的生长率最高,为53%,其次为长圆与椭圆品种,为16.8%和15.5%。2.对果肉微观结构的细胞形态观察发现:三个品种葡萄果肉细胞长度和单位面积细胞数目均在膨大期出现显著性差异;其中果肉细胞长度:‘里扎马特’>‘维多利亚’>‘藤稔’,单位面积细胞数目:‘维多利亚’>‘里扎马特’>‘藤稔’,均差异显著,长圆品种‘里扎马特’和椭圆品种‘维多利亚’较近圆品种‘藤稔’而言,果肉细胞更加趋向伸长生长,‘维多利亚’和‘藤稔’的细胞排列更为致密;对不同果形葡萄果实幼果期,膨大期和转色期内源激素含量分析发现:在幼果期,长圆品种‘里扎马特’果实中玉米素(ZT)和赤霉素(GA3)均具有较高的水平,在膨大期,‘里扎马特’果实中ZT和GA3下降最为显著;在转色期,‘藤稔’果实中IAA,GA3和ZT含量最高;即我们初步推测,在不同果形葡萄中,果肉细胞形态、数目和内源激素水平对果形的建成有潜在影响。3.对不同果形葡萄品种,果形建成前幼果期(花后10d)果实进行转录组测序(RNA-Seq),共鉴定得到2288个差异表达基因(DEGs),长圆比近圆葡萄样品DEGs为1285个,上调673个,下调612个;椭圆比长圆样品DEGs为909个,上调424个,下调482个,椭圆比近圆样品DEGs为1302个,上调620个,下调682个,即近圆与非近圆葡萄的差异表达基因数目略高。运用实时荧光定量(q RT-PCR)方法对转录组数据验证,结果表明数据可靠。KEGG显著富集在“植物激素信号转导”通路中,并得到20个DEGs,发现Vv TIFY10A基因在长圆品种‘里扎马特’中的表达量较椭圆品种‘维多利亚’显著上调,而在近圆品种‘藤稔’中的表达量较‘维多利亚’显著下调,所以筛选出Vv TIFY10A基因并进行后续试验。4.通过同源重组的方法,成功构建Vv TIFY10A-GFP表达载体,并对Vv TIFY10A基因功能进行初步分析。对洋葱表皮和烟草叶片进行亚细胞定位,结果表明Vv TIFY10A基因定位在细胞核中,与生物信息学预测结果保持一致;将Vv TIFY10A基因进一步转化至番茄(Micro-Tom)中进行过表达,果实纵径的生长量较野生型增加8.17%,横径的生长量较野生型缩小16.37%,初步推测该基因影响果实的形状。
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