鲍威尔甜橙采后衰老和病害发生过程的代谢和调控机制

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1、鲍威尔甜橙采后衰老和病害发生过程的代谢1和调控机制重庆大学博士学位论文学生姓名：唐宁指导教师：李正国教授专业：植物学学科门类：理学重庆大学生命科学学院二O一五年十月1本研究得到国家高技术研究发展计划(863计划)“基于代谢组学的物流农产品保质减损技术研发”(2012AA101702)和国家重点基础研究发展计划(973计划)“基于营养品质和生物活性物质的果实采后衰老的生物学基础”(2013CB127106)的资助。特此致谢！MetabolicandRegulatoryMechanismUnderlyingPostharvestFruitSenescence

2、andPenicilliumInfectioninPowell(Citrussinensis(L.)Osbeck)AThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofScienceByNingTangSupervisedbyProf.ZhengguoLiSpecialty:BotanySchoolofLifeSciences,ChongqingUniversityChongqing,ChinaOctober,2015中

3、文摘要摘要在柑橘果实采后贮藏过程中，由于生理失调和病害等因素引起的腐烂或品质劣变是果品生产和流通过程中的主要问题之一。采后衰老是一个复杂的过程，涉及到一系列生理生化变化和分子水平的调控。研究采后衰老和病害发生过程中的代谢和分子机制，可为改进贮运技术、有效延缓采后果实品质劣变和损耗提供理论依据。鲍威尔(Powell)甜橙(Citrussinensis(L.)Osbeck)是重庆主栽的晚熟柑橘品种，本研究以此为材料，分析了采后贮藏过程和青霉侵染后的转录组谱及代谢组谱的动态变化。主要结果如下：①获得了鲍威尔果实氨基酸、糖酸、VC等品质组分的基础数据；利用HS-

4、SPME-GC/MS鉴定了48种香气成分，包括10种单萜、13种倍半萜、8种醛类、7种酯类、5种醇类、1种烃、酮和酸类各2种。②利用GC-MS分析了鲍威尔甜橙贮藏过程中的极性和挥发性代谢物变化。通过PCA分析我们发现，常温贮藏60天后极性代谢物发生了显著的变化，低温贮藏过程物质变化不明显。常温贮藏后，蔗糖和有机酸(如：苹果酸、柠檬酸和α-酮戊二酸)下降；其它糖类(如：葡萄糖、果糖、半乳糖、肌醇)和γ-氨基丁酸(GABA)含量升高。PCA结果表明，常温和低温贮藏过程挥发性代谢物均发生了明显的变化，但产生变化的物质不同。常温贮藏后柠檬烯和倍半萜类物质显著升高

5、，如巴伦西亚橘烯、α-芹子烯等；部分醇、醛、酯类下降，如柠檬醛、β-芳樟醇、乙酸香茅酯等；而低温贮藏后部分单萜类和醛类含量下降，如α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬醛、葵醛、月桂醛等。③运用RNA-Seq技术分析了鲍威尔果实采后常温和低温贮藏过程中转录组图谱。结果表明，常温贮藏后，蔗糖分解、糖酵解、有机酸利用等初生代谢途径加速；钙信号(CMLs、CBL-CIPKs、CPKs)、ABA信号(PYLs-ABI5)、乙烯信号(ERFs)相关基因被诱导表达；转录因子WRKY、AP2/ERF、NAC等显著上调。低温贮藏后，初生代谢途径被抑制；次生代谢途径(查尔酮)显著上调；

6、生长素响应基因AUX/IAA被抑制。由此我们推测，常温激活了钙、乙烯和ABA信号，加速了果实衰老，导致品质下降；低温激活了生长素信号，果实衰老延缓，品质得以保持。④果实采后病害发生过程转录组和代谢组研究表明：接种青霉后，营养品质和风味物质如可溶性糖、有机酸、柠檬烯下降，乙醇和α-萜品醇上升，导致果实急剧劣变；GABA、鼠李糖、肌醇、丝氨酸、苏氨酸等物质积累；G-蛋白、类受体激酶信号、茉莉酸/乙烯防御信号途径被激活；胁迫相关的蛋白和转录因子，如POD、PR、AP2/ERFs、WRKYs、MYBs被诱导表达；苯丙烷途径显著上调；这些I重庆大学博士学位论文代谢

7、和分子水平的变化均增强了果实对青霉菌的抗性。⑤基于乙烯的重要调控作用，比较了跃变型果实番茄和非跃变型的鲍威尔果实在采后果实衰老和病害过程的乙烯调控机制。结果显示：不同的ACS和ACO家族成员如ACS2、ACS4、ACO、ACO1、ACO4和ACO5精确地调控了果实从成熟到衰老启动这一转变过程。番茄采后衰老中ACO/ACS的表达与NCED正相关，与ABA8ox负相关；鲍威尔果实采后衰老和青霉侵染过程中ABA与乙烯的生物合成没有明显的相关性。综上，本研究建立了鲍威尔果实品质组分基础数据库；构建了采后贮藏过程果实衰老代谢和调控模型，阐明了采后果实衰老品质变化的

8、代谢途径和分子调控机理；揭示了青霉侵染后果实品质劣变的机理及果实对青霉菌的抗性应