番茄果实角质层裂ceRNA调控网络构建及主要生理生化指标的变化

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番茄(Solanum lycopersicum L.)是世界上最受欢迎的商业蔬菜之一,但极易裂果,裂果影响番茄的外观品质,易引起病菌感染,从而使果品降低甚至丧失商业价值,因此裂果已成为番茄生产中的主要障碍之一。番茄裂果受遗传影响大于受环境的影响,因此明确番茄裂果调控机制对耐裂果分子设计育种有重要意义。CeRNA(competing endogenous RNA)学说是对传统miRNA调控RNA学说的补充,揭示了 RNA间相互影响的机制,该假说已被证明广泛存在于动植物体内。近年来,通过转录分析及QTL定位等,已鉴定到部分裂果相关基因,但番茄裂果相关ceRNA调控网络的研究还未见报道。因此我们对耐裂果番茄和角质层裂番茄红熟期的果皮进行全转录组测序,并测定相关生理指标。主要研究结果如下:1.对耐裂番茄‘NT-251R’和角质层裂番茄‘NT-54’红熟期的总果皮(外果皮+中果皮)进行全转录组测序,通过测序数据质量评估、RNA鉴定、差异表达分析、miRNA靶基因鉴定、GO和KEGG功能富集分析,筛选出差异表达miRNA及其靶向的差异mRNA,最终鉴定到36个番茄果实角质层裂的关键基因,关键基因按功能可以分为以下四类:激素相关,如 ethylene response factor(Solyc05g052040,Solyc05g051200),细胞壁相关,如 pectinesterase(Solyc03g123620,Solyc03g07810013),cellulose synthase(Solyc02g089640,Solyc04g071650),活性氧代谢相关 peroxidase(Solyc04g071900,Solyc05g052280)和矿质元素相关cation/calcium exchanger(Solyc07g006370,Solyc01g098800),potassium transporter(Solyc02g087000)。2.根据ceRNA学说理论,即互为ceRNA的转录本表达水平应为正相关且具有显著共享的miRNA或MRE,构建了番茄果实角质层裂的ceRNA调控网络,其中包括73个miRNA,3个lncRNA,5个circRNA和65个mRNA。这些RNA之间相互调控,可能与番茄果实角质层开裂有关。同时我们预测一些ceRNA关系对,如novelcirc000472,TCONS00043895 与靶基因 Solyc04g049800,Solyc09g007260,Solyc10g084340竞争性结合sly-miR172b,sly-miR172a,从而调控靶基因表达,而Solyc04g049800,Solyc09g007260,Solyc10g084340 编码乙烯响应转录因子,因此我们推测novelcirc000472,TCONS00043895通过参与到乙烯响应过程,从而影响番茄果实开裂。3.为了探究番茄果皮细胞壁组分,水解酶活性和活性氧代谢与裂果的关系,本试验以耐裂番茄‘NT-251R’和角质层裂番茄‘NT-54’为试验材料,取绿熟期,转色期和红熟期的番茄果实,观察果皮细胞壁的组织结构,测定果皮中果胶,纤维素和半纤维素含量,以及多聚半乳糖醛酸酶(PG),β-半乳糖苷酶(β-gal),纤维素酶(Cx)活性;测定果皮中H2O2,MDA,相对电导率,抗氧化物质ASA,抗氧化酶(SOD,POD,CAT,GR,APX)和可溶性蛋白。研究发现,随着果实的成熟,细胞壁中水溶性果胶呈上升趋势,在各时期,易裂果果实中含量均比耐裂果果实中高;而原果胶、纤维素和半纤维素随果实成熟均呈下降趋势,总体均是耐裂果果实中高于易裂果果实;随果实成熟,三种水解酶活性在角质层裂番茄中呈上升趋势,且活性显著高于耐裂番茄,在耐裂番茄中,β-gal和Cx活性在转色期后上升缓慢。随着果实的成熟,MDA含量和相对电导率呈上升趋势,且角质层裂番茄果实总体高于耐裂番茄;ASA活性先升后降,且耐裂番茄中含量高于角质层裂番茄;抗氧化酶SOD,APX,GR活性呈下降趋势,且耐裂果番茄中活性高于角质层裂番茄;抗氧化酶POD和CAT活性呈上升趋势,整体而言,角质层裂番茄中活性高于耐裂番茄;可溶性蛋白含量呈降低趋势,且角质层裂番茄中含量高于耐裂番茄。试验得出,耐裂果果实中原果胶、半纤维和纤维素含量更高、水解酶活性更低,以及抗氧化物酶(APX,GR和SOD)活性更高是其更耐裂果的原因。
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