【摘 要】
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茄子营养价值丰富,是重要的茄果类蔬菜。在茄子果实鲜切加工过程中,因机械损伤导致的果肉褐变会降低感官特性,影响营养品质,而茄子果实褐变的分子机理研究十分有限。因此,本研究以不同抗褐变能力的茄子果实为试验材料,检测了鲜切处理后褐变果实的生理指标,分析了其转录组及代谢组差异,主要研究结果如下:1、对田间种植的69种茄子材料果实进行鲜切处理,根据肉眼观察初步筛选了15份褐变程度存在差异的茄子材料。对筛选的
【基金项目】
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上海市科技兴农项目(2020-02-08-00-12-F01482); 农业部大宗蔬菜产业技术体系上海综合试验站(CARS-25); 上海市农业科学院卓越团队(农科创 2017(B-06)); 国家重点研发计划上海市农业科学院匹配(2017YFD010190412018 匹配)
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茄子营养价值丰富,是重要的茄果类蔬菜。在茄子果实鲜切加工过程中,因机械损伤导致的果肉褐变会降低感官特性,影响营养品质,而茄子果实褐变的分子机理研究十分有限。因此,本研究以不同抗褐变能力的茄子果实为试验材料,检测了鲜切处理后褐变果实的生理指标,分析了其转录组及代谢组差异,主要研究结果如下:1、对田间种植的69种茄子材料果实进行鲜切处理,根据肉眼观察初步筛选了15份褐变程度存在差异的茄子材料。对筛选的15份茄子材料的褐变强度、褐变指数、总酚含量、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性及其基因表达共5个褐变关键指标进行检测。结果表明,随着鲜切时间延长,果实褐变度逐渐增加,鲜切茄子的褐变度与PPO、PAL活性均呈极显著正相关,且PPO活性相关性大于PAL,而褐变度与总酚含量无显著相关性。通过对不同茄子材料各生理指标的聚类分析,筛选出’36’是最易褐变的材料,而’F’则是最不易褐变的材料,此结果用于后续试验。2、通过对’36’和’F’果实鲜切后不同时间点(0 min、2 min、15 min、30 min、60 min、120 min)果肉的抗氧化能力、丙二醛(MDA)含量、活性氧含量、PPO、过氧化物酶(POD)、脂氧合酶(LOX)、磷脂酶D(PLD)、PAL、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)检测,发现鲜切处理导致两种材料的MDA含量、H2O2含量和O2·-产生速率升高,褐变相关酶活性发生动态变化。在鲜切果实褐变过程中,’36’果实的PPO、LOX、PLD、POD、PAL活性及总酚含量均显著高于’F’果实,抗氧化能力和抗氧化酶APX、CAT、SOD活性显著低于’F’果实,说明’36’果实易褐变、抗氧化能力弱等特点与上述生理指标变化相关。3、对’36’和’F’果实鲜切后不同时间点(0 min、2 min、15 min)的果肉进行转录组测序分析,共鉴定到8347个差异表达基因,其中检测到6个与酶促褐变相关的基因家族(PPO、LOX、PAL、POD、CAT、APX和GST)基因的差异表达。此外,在鲜切茄子的褐变过程中共鉴定到231个差异表达转录因子。KEGG富集结果表明,两组材料的DEGs主要富集在苯丙氨酸代谢,酪氨酸代谢和亚油酸代谢等代谢通路。由于PPO在果蔬酶促褐变中起着关键作用,因此本研究基于转录组中4个显著差异表达PPO基因,构建了的m RNA调控网络,在调控网络中筛选到了108个差异表达基因,包括一些褐变结构基因,例如磷脂酶基因PLD,PLA,锌指蛋白WIP4,创面诱导的蛋白酶抑制因子PIN2,脂氧合酶LOX,以及苯丙氨酸解氨酶PAL,另外还有b HLH家族转录因子DYT1及WRKY家族的转录因子WRKY53和WRKY33,表明这些基因可能与PPO存在协同/拮抗作用,进而促进/抑制鲜切茄子的褐变过程。另外,通过q RT-PCR验证了转录组结果的准确性。4、对’36’和’F’果实鲜切后不同时间点(0 min、2 min、15 min)的果肉进行代谢组分析,在鲜切处理后的各个比较组中共鉴定到了8475种差异代谢物,其中大多数是脂类物质及有机酸物质,还有少量的的黄酮和类黄酮类物质。鲜切损伤显著激活了PAL活性,诱导了酚酸类物质的积累,被PPO氧化为醌类,尤其是绿原醌显著积累,导致褐变的发生。与’36’相比,’F’果实的细胞膜脂含量高,脂肪酸不饱和程度高,细胞膜破坏程度低,抗氧化物质谷胱甘肽积累较多,上述物质的变化使得其抗氧化能力强,不易发生褐变。5、通过转基因手段探究了过表达SmeWRKY53对鲜切茄子褐变的影响,结果发现,与对照相比,过表达SmeWRKY53显著降低了鲜切茄子果实的褐变度、PPO活性和POD活性,对PPOs基因及相关抗氧化酶基因的表达产生显著影响。综上所述,本研究发现鲜切茄子果实褐变的主要原因是鲜切损伤显著激活了PAL活性,诱导酚酸类物质的积累并被PPO氧化为醌类,尤其是绿原醌的积累。同时鲜切后活性氧积累,脂质下降,脂肪酸不饱和程度降低,细胞膜破坏严重,抗氧化能力降低,加速了褐变的发生。此外,初步明确了转录因子SmeWRKY53对鲜切茄子褐变的影响。本文结果为揭示鲜切茄子褐变的机理提供了理论依据。
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