【摘要】：葡萄是世界上重要的栽培果樹之一,歐洲葡萄品種因其優(yōu)質與高產(chǎn)的特性被廣泛用于釀酒、鮮食及制汁、制干。歐洲葡萄突出缺點是抗病抗逆性差,尤其易感白粉病。研究表明,葡萄中的芪類物質白藜蘆醇既有植保素的抑菌作用,又有助于人體健康。中國是葡萄三大起源中心之一,蘊藏著豐富的抗性資源與抗性基因。中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’不僅抗病性強而且白藜蘆醇含量高,但是其白藜蘆醇代謝調(diào)控途徑研究并不清楚。本研究以毛葡萄‘丹鳳-2’為材料,以歐洲葡萄品種‘赤霞珠’為對照,通過轉錄組、蛋白質組和代謝組多組學聯(lián)用,從轉錄水平和蛋白水平分析‘丹鳳-2’白藜蘆醇含量高的遺傳機制,挖掘調(diào)控白藜蘆醇合成的相關基因,為進一步解析白藜蘆醇代謝調(diào)控機制奠定基礎。取得主要結果如下:1、轉錄組測序表明其中丹鳳-2表達基因數(shù)目為19,008個,赤霞珠表達基因數(shù)目為19,373個�！P-2’存在54條芪合成酶基因,而‘赤霞珠’中為48條。其中,‘丹鳳-2’存在6條特異芪合成酶轉錄本。通過對‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’的果實在四個發(fā)育時期的轉錄組測序分析,獲得兩者在各個發(fā)育時期的差異表達基因,使用GO富集,KEGG富集以及MapMan分析差異表達基因參與的代謝通路及生物學過程,發(fā)現(xiàn)在轉色期和成熟期差異表達代謝途徑主要為苯丙氨酸代謝途徑,光合途徑,細胞壁組分代謝以及脂肪酸代謝途徑;并且在苯丙氨酸代謝途徑中,芪合成酶基因和苯丙氨酸解氨酶基因在‘丹鳳-2’中高表達,而在‘赤霞珠’中,查爾酮合成酶基因高表達。除芪類代謝相關基因外,還發(fā)現(xiàn)生物脅迫基因、抗病基因、轉錄因子基因、光合基因、脂肪代謝基因、細胞壁組分有關基因和木質素基因等差異表達基因,在‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’中表達增強基因數(shù)目分別為:72個/116個,46個/70個,179個/150個,50個/1個,66個/62個,26個/91個以及14個/24個�！P-2’在轉錄因子基因增強表達基因數(shù)目明顯多于‘赤霞珠’,預示‘丹鳳-2’在轉錄調(diào)控相關代謝途徑強于‘赤霞珠’。2、蛋白質組測序得到3,751個蛋白質,包括細胞過程(1,180個),發(fā)育過程(198個),生長(4個),免疫系統(tǒng)過程(26個),細胞和組織互作(120個),定位(181個),代謝過程(269個),調(diào)節(jié)(355個),再生(1個),脅迫應答(544個)和其它(227個)。通過蛋白質組分析‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實在四個發(fā)育時期差異表達的蛋白,發(fā)現(xiàn)芪合成酶和查爾酮合成酶在次生代謝途徑中競爭底物香豆酰輔酶A,在‘丹鳳-2’果實發(fā)育的轉色期和成熟期,芪合成酶和芪類物質合成生物學過程得到增強。3、通過代謝組分析‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’在果實發(fā)育四個時期差異積累的代謝物質,共鑒定到203種物質,其中,‘丹鳳-2’中芪合成酶和查爾酮合成酶的上游物質包括苯丙氨酸、羥基肉桂酸積累量高于‘赤霞珠’。采用高效液相色譜方法檢測‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實在硬果期、轉色前期、轉色期和成熟期中白藜蘆醇及云杉新苷的含量,發(fā)現(xiàn)‘丹鳳-2’在各發(fā)育時期芪類物質含量均高于‘赤霞珠’。并且在‘丹鳳-2’果實成熟期白藜蘆醇及云杉新苷含量最高。同時,對‘丹鳳-2’和‘赤霞珠’果實在四個發(fā)育時期黃酮類物質和花青苷物質含量進行測定,發(fā)現(xiàn)‘赤霞珠’果實中黃酮類物質和花青苷類物質整體含量顯著高于‘丹鳳-2’。4、以白藜蘆醇為底物,在氧甲基轉移酶,漆酶和白藜蘆醇糖基轉移酶催化下分別生成紫檀芪,葡萄素和云杉新苷。用全基因組分析苯丙氨酸代謝途中與白藜蘆醇衍生物合成相關的基因家族,鑒定到58條氧甲基轉移酶基因,77條漆酶基因和49條白藜蘆醇糖基轉移酶基因。通過聚類、基因結構與基因保守模體的分析,發(fā)現(xiàn)葡萄白藜蘆醇衍生物代謝基因家族成員存在功能冗余和功能分化,并且具有時空表達差異,其中三類基因在‘丹鳳-2’表達水平均高于‘赤霞珠’。5、芪合成酶基因表達受6類轉錄因子調(diào)控。通過共表達分析篩選調(diào)控芪合成酶基因的轉錄因子,鑒定到52個候選正調(diào)控轉錄因子,包括6個bHLH,2個bZIP,19個ERF,16個MYB,8個WRKY和1個NAC基因;同時鑒定到3個候選負調(diào)控轉錄因子,分別為1個bHLH,1個MYB和1個bZIP基因。其中,‘丹鳳-2’中有5個bHLH,1個bZIP,16個ERF,12個MYB,8個WRKY和1個NAC基因共計43個轉錄因子基因上調(diào)表達,而‘赤霞珠’中只有9個轉錄因子基因上調(diào)表達。進一步酵母單雜交實驗驗證,結果表明12個得分最高的候選轉錄因子中11個轉錄因子與芪合成酶基因啟動子結合。此外,我們初步研究了一個與擬南芥脫落酸合成調(diào)節(jié)轉錄因子ATAF1同源的轉錄因子VqNAC1的功能。結果表明葡萄葉片中瞬時表達VqNAC1促進芪類物質積累,并且增加了脫落酸合成相關基因以及PR1基因的表達。6、在轉錄組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的1,112條長鏈非編碼RNA進行了共表達分析,篩選到4條參與調(diào)控芪合成酶基因的候選長鏈非編碼RNA;通過實驗研究發(fā)現(xiàn)其中的2條長鏈非編碼RNA可以上調(diào)芪合成酶基因表達。綜上所述,經(jīng)過多組學分析兩個材料在各個發(fā)育時期的差異表達,使用GO富集,KEGG富集以及MapMan分析差異表達基因參與的代謝通路及生物學過程,揭示了在果實發(fā)育過程中芪合成酶基因的表達與芪類物質產(chǎn)物累積的內(nèi)在因素與調(diào)控網(wǎng)絡關系;發(fā)現(xiàn)了芪合成酶基因的表達受到多種轉錄因子的調(diào)控作用,特別是在‘丹鳳-2’中鑒定到6個特異芪合成酶轉錄本以及2個參與調(diào)芪合成酶基因表達的長鏈非編碼RNA的新發(fā)現(xiàn),這些基因數(shù)據(jù)信息為今后系統(tǒng)研究與利用中國野生毛葡萄‘丹鳳-2’的芪合成酶基因及其調(diào)控表達功能,與歐洲葡萄品種雜交,提高抗病性與芪類物質含量的育種提供了科學依據(jù)。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S663.1
【圖文】：

第一章 文獻綜述冗余還是參與不同的生物學過程仍待研究 (Parage et al. 2012; Richter 芪合成酶和查爾酮合成酶在氨基酸序列上有 75%-90%的相似性，已有研成酶從查爾酮合成酶進化而來 (Tropf et al. 1994)。特別是 1997 年美國《科道，葡萄漿果中含有對人體抗癌抗衰老的功能成分白藜蘆醇。在人體代謝，白藜蘆醇被人體吸收后轉化成云杉新苷由血漿蛋白、脂蛋白攜運至各組人體保健有重要作用。在植物體內(nèi)，白藜蘆醇是一種天然植保素，對植物有抑制作用。此外，白藜蘆醇存在三類衍生物，紫檀芪，葡萄素和云杉新究報道，紫檀芪和葡萄素可以抑制真菌孢子萌發(fā)。而白藜蘆醇，紫檀芪，杉新苷統(tǒng)稱為芪類物質，后三者為白藜蘆醇衍生物。

20圖 3-1 兩個葡萄材料果實四個發(fā)育時期轉錄組測序分析（A）兩個材料果實四個發(fā)育時期的果實性狀。中上半部分為丹鳳-2 果實四個發(fā)育階段性狀和形態(tài)，分別為硬果期（花后 25 天）、轉色前期（花后 40 天）、轉色期（花后 50 天）和成熟期（花后 80 天）；下半部分為赤霞珠果實四個發(fā)育時期性狀和形態(tài)，分別為硬果期（花后 30 天）、轉色前期（花后 45 天）、轉色期（花后 60 天）和成熟期（花后 110 天）。（B）兩個材料果實四個發(fā)育時期中表達基因數(shù)目以及表達轉錄因子數(shù)目。其中丹鳳-2 表達基因數(shù)目為 19,008 個，赤霞珠表達基因數(shù)目為 19,373 個。（總基因數(shù)目）葡萄中總基因數(shù)目為 29,927 個。（C）兩個材料果

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 強建才;;介紹幾個優(yōu)良高效葡萄品種[J];榆林科技;2009年01期

2 石景元;;特色葡萄產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的出路在于科學發(fā)展[J];吐魯番科技;2010年02期

3 李鐘曉;張抗戰(zhàn);;三個“力求”讓葡萄種植走出困惑[J];西北園藝(果樹);2018年06期

4 沈蓓蕾;沈易;;提高葡萄質量和產(chǎn)量的相關管理技術分析[J];現(xiàn)代園藝;2019年02期

5 李建軍;;家鄉(xiāng)的葡萄園[J];工會博覽;2018年35期

6 李峰;賈軍;紀來亮;閆晶紅;宋曉燕;;適宜延慶地區(qū)大棚栽培的葡萄品種[J];北方果樹;2019年03期

7 ;國際葡萄與葡萄酒組織發(fā)布《世界葡萄品種分布報告》[J];中國食品學報;2018年03期

8 吳晉斌;張金平;;丁拖保:葡萄種植有“鮮”招[J];農(nóng)藥市場信息;2018年07期

9 何宇;;解析葡萄改接及示范推廣技術[J];農(nóng)家參謀;2018年11期

10 童彤;;澳大利亞:葡萄種植戶轉種藍莓[J];中國果業(yè)信息;2017年01期

相關會議論文 前10條

1 王同坤;于鳳鳴;郭紫娟;張海斌;李紅星;;葡萄品種過氧化物酶同工酶分析[A];中國科學技術協(xié)會第二屆青年學術年會園藝學論文集[C];1995年

2 羅國光;;葡萄品種‘蛇龍珠’是否就是品麗珠?——關于‘蛇龍珠’的起源探討[A];中國園藝學會成立70周年紀念優(yōu)秀論文選編[C];1999年

3 施安華;;保加利亞葡萄品種在河北省各地的適應情況[A];河北省果樹學會論文選編（1962）[C];1962年

4 匡明}

本文編號：2734347