‘东红’猕猴桃果实发育过程主要营养物质变化及其代谢机理初探

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猕猴桃果实富含Vc、酚类物质、氨基酸、矿物质成分和膳食纤维等,营养价值极高。近年来,红肉猕猴桃由于其独特的风味和营养价值越来越受到消费者的喜爱,但对其营养物质的全面评价及其代谢机理的研究还不深入。本试验以红肉猕猴桃品种‘东红’为材料,采用高效液相色谱法(HPLC)分析果实发育过程中糖、淀粉、有机酸、酚类物质和花色苷含量的变化;并通过转录组测序(RNA-Seq)和荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,筛选出糖、淀粉、有机酸、酚类物质和花色苷代谢相关的关键基因,为猕猴桃果实营养物质的评价及其代谢机理研究奠定了基础。主要结果如下:(1)‘东红’果实中的主要酚类物质是表儿茶素(黄烷醇类化合物)和绿原酸(酚酸类化合物),含量分别为15.33 mg·g-1FW、7.01 mg·g-1FW;槲皮苷(黄酮醇类化合物)和原儿茶酸(酚酸类化合物)含量次之,酚酸类化合物咖啡酸、对香豆酸和阿魏酸含量较少。除了表儿茶素含量在果实发育过程中先升后降、绿原酸含量在发育后期上升,其他酚类物质均在子房期含量最高,并随着果实发育而下降。转录组数据分析发现,AcC4H、AcHCT、AcC3’H、AcCCOAOMT、AcFLS、AcANR调控主要酚类物质的合成。(2)‘东红’果实中的花色苷主要是矢车菊素3-O-[2-O-(β-木糖基)-β-半乳糖苷](Cy-xyl.gal.)和矢车菊素3-O-β-半乳糖苷(Cy-gal.),均在子房期含量最高,子房呈现出红色;花后0-60天,花色苷含量急剧减少,果实红色消失;随着果实发育和成熟(花后90-150天),花色苷含量显著上升,果实又呈现出红色。差异表达基因分析与qRT-PCR分析表明,AcLDOX2表达与花色苷含量呈正相关,是调控花色苷合成的关键基因;花色苷糖基化基因Ac5GGT和酰基化基因Ac5AT在果实发育后期对花色苷修饰与稳定起着重要作用;转录因子AcMYB4-1对花色苷合成起负调节作用,而AcMYB10在果实发育后期调控花色苷的合成。AcbHLH137和AcbHLH74-2对花色苷生物合成和积累起正调控作用。(3)‘东红’果实中的可溶性糖含量在花后0-60天和花后90-150天快速增加,在花后60-90天含量变化不明显;淀粉含量随着果实的发育持续积累。‘东红’果实中糖含量果糖>葡萄糖>蔗糖。果糖和蔗糖含量随果实发育持续增加,在果实成熟时含量分别增加4.21倍、10.04倍。葡萄糖含量总体呈上升趋势,在花后0-60天有所下降。蔗糖合成方向的基因AcSPS2、AcSPS3、AcSPP、AcSuSy1、AcSuSy3和AcSuSy4表达水平在果实生长发育过程上调,是合成蔗糖的关键基因;AcINV2表达水平在花后60天达到最大随后下降,积累果糖和葡萄糖;淀粉合成相关基因AcSBE1和AcGPT的高水平表达是淀粉持续积累的原因。(4)‘东红’果实中的有机酸主要是柠檬酸和苹果酸,酒石酸次之。柠檬酸含量在花后60天前维持在很低水平,花后90天显著上升至13.71 mg·g-1FW,并保持到果实成熟。苹果酸含量在花后0-60天和花后90-150天显著增加,随着果实发育快速降低。酒石酸含量在花后30天上升,之后快速下降。其他有机酸含量总体随着果实的发育成熟而下降。苹果酸脱氢酶基因AcMDH1和AcMDH2表达水平在花后0-60天和花后90-150天显著下调,在花后60-90天上调,与苹果酸含量负相关,说明它们负向调控苹果酸的合成;而柠檬酸合成基因AcCS1表达水平显著上调,使得柠檬酸含量增加。
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