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木纳格葡萄(Vitis vinifera L. cv Munage)是最具新疆特色的葡萄品种之一。果实中的糖和有机酸是影响葡萄采后品质风味的重要成分。二氧化硫(sulfur dioxide,SO2)是商业化葡萄贮藏中应用最广泛的保鲜剂,SO2能够有效抑制霉菌侵染,延长果实货架期。目前,SO2调控果实品质的研究基本停留在物质生理水平与酶学生化水平,效应产生的分子机制不明确。关于SO2调控葡萄采后糖酸代谢分子机制的研究报道较少。本文以木纳格葡萄为研究试材,采用SO2保鲜纸处理,分析SO2对葡萄采后贮期果实糖和有机酸含量的影响,结合RNA-Seq数据研究SO2对葡萄果实糖代谢和苹果酸代谢相关基因的调控作用,分析绘制糖和苹果酸代谢转录组图谱,研究SO2对葡萄果实采后贮藏期间糖代谢及苹果酸代谢的影响。主要研究结果如下:
(1 )分析了SO2对葡萄果实采后转录组数据的影响。对差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)进行GO和KEGG分析,发现SO2引起葡萄转录组数据大规模重组,显著提高了果实采后的光合作用和酶抑制剂活性,对苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢、异喹啉生物碱生物合成、植物激素信号转导和类胡萝卜素生物合成途径有极显著的调控作用。在整个贮藏时期,SO2处理组和对照组(CK)的DEGs极显著富集在糖代谢相关的途径上。
(2)研究SO2对葡萄果实采后糖含量及糖代谢途径的影响。使用高效液相色谱法(High PerformanceLiquidChromatography,HPLC)测定葡萄果实贮藏过程中蔗糖、葡萄糖和果糖含量,发现SO2可以维持葡萄果实中的蔗糖、葡萄糖和果糖含量,在0-10d时葡萄糖含量显著提高。贮藏第60d,SO2处理组果实中蔗糖、葡萄糖及果糖含量分别比CK组高0.46mg/g、6.13mg/g、6.40mg/g。经qPCR验证,糖代谢相关基因的相对表达量与转录组图谱对应基因的表达量变化趋势具有一致性;SO2可能通过调控VvCWINV、VvCIN、VvSuSy和VvSPS1基因的表达水平来维持葡萄果实的高糖含量;通过调控VvHxK2、VvFBA、VvGAPDH和VvPGK基因的表达水平来激活葡萄果实采后贮藏过程中的光合活性。
(3)探讨了SO2对葡萄采后有机酸含量及苹果酸代谢途径的影响。采用HPLC测定葡萄果实贮藏过程中酸含量,结果表明,SO2能够维持葡萄果实中酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量,促进L-苹果酸的分解。贮藏第60d,SO2处理组酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量分别比CK组高0.13mg/g、0.34mg/100g、0.02mg/g,L-苹果酸比CK组低0.64mg/g。经qPCR验证,果实采后苹果酸代谢相关基因的相对表达量与转录组图谱对应基因的表达量变化趋势一致;L-苹果酸含量与VvMDH基因表达水平的变化趋势一致;SO2通过上调VvmtMDH、VvLDH、VvNADP-ME、VvPDC1,下调VvMDH、VvcytMDH、VvPDC2、VvADH基因的相对表达量来调控果实苹果酸代谢过程,促进葡萄果实中L-苹果酸的分解。
综上所述,SO2能够调控葡萄采后贮藏过程中糖和苹果酸代谢的相关基因的表达,提高果实采后光合作用,维持果实蔗糖、葡萄糖、果糖、酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量,促进L-苹果酸的分解,延缓果实衰老,维持葡萄采后的贮藏品质。
(1 )分析了SO2对葡萄果实采后转录组数据的影响。对差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs)进行GO和KEGG分析,发现SO2引起葡萄转录组数据大规模重组,显著提高了果实采后的光合作用和酶抑制剂活性,对苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢、异喹啉生物碱生物合成、植物激素信号转导和类胡萝卜素生物合成途径有极显著的调控作用。在整个贮藏时期,SO2处理组和对照组(CK)的DEGs极显著富集在糖代谢相关的途径上。
(2)研究SO2对葡萄果实采后糖含量及糖代谢途径的影响。使用高效液相色谱法(High PerformanceLiquidChromatography,HPLC)测定葡萄果实贮藏过程中蔗糖、葡萄糖和果糖含量,发现SO2可以维持葡萄果实中的蔗糖、葡萄糖和果糖含量,在0-10d时葡萄糖含量显著提高。贮藏第60d,SO2处理组果实中蔗糖、葡萄糖及果糖含量分别比CK组高0.46mg/g、6.13mg/g、6.40mg/g。经qPCR验证,糖代谢相关基因的相对表达量与转录组图谱对应基因的表达量变化趋势具有一致性;SO2可能通过调控VvCWINV、VvCIN、VvSuSy和VvSPS1基因的表达水平来维持葡萄果实的高糖含量;通过调控VvHxK2、VvFBA、VvGAPDH和VvPGK基因的表达水平来激活葡萄果实采后贮藏过程中的光合活性。
(3)探讨了SO2对葡萄采后有机酸含量及苹果酸代谢途径的影响。采用HPLC测定葡萄果实贮藏过程中酸含量,结果表明,SO2能够维持葡萄果实中酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量,促进L-苹果酸的分解。贮藏第60d,SO2处理组酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量分别比CK组高0.13mg/g、0.34mg/100g、0.02mg/g,L-苹果酸比CK组低0.64mg/g。经qPCR验证,果实采后苹果酸代谢相关基因的相对表达量与转录组图谱对应基因的表达量变化趋势一致;L-苹果酸含量与VvMDH基因表达水平的变化趋势一致;SO2通过上调VvmtMDH、VvLDH、VvNADP-ME、VvPDC1,下调VvMDH、VvcytMDH、VvPDC2、VvADH基因的相对表达量来调控果实苹果酸代谢过程,促进葡萄果实中L-苹果酸的分解。
综上所述,SO2能够调控葡萄采后贮藏过程中糖和苹果酸代谢的相关基因的表达,提高果实采后光合作用,维持果实蔗糖、葡萄糖、果糖、酒石酸、L-抗坏血酸和柠檬酸含量,促进L-苹果酸的分解,延缓果实衰老,维持葡萄采后的贮藏品质。