番茄类胡萝卜素降解关键基因筛选.pdf
《番茄类胡萝卜素降解关键基因筛选.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《番茄类胡萝卜素降解关键基因筛选.pdf(9页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、西北植物学报,2 0 2 3,4 3(1 0):1 6 7 4-1 6 8 2A c t a B o t.B o r e a l.-O c c i d e n t.S i n.d o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 0-4 0 2 5.2 0 2 3.1 0.1 6 7 4 h t t p:/x b z w x b.a l l j o u r n a l.n e t收稿日期:2 0 2 3-0 4-0 6;修改稿收到日期:2 0 2 3-0 8-0 8基金项目:陕西省自然科学基础研究一般项目(青年)(2 0 2 2 J Q-1 7 7);陕西省科技厅乡村振兴科技专项
2、(2 0 2 3-X C Z X-2 3);陕西省教育厅服务地方专项(2 2 J C 0 6 1-1 7 7);陕西省红枣重点实验室项目(s x h z d s y s-z j 2 1-0 2);延安市科技局揭榜制计划项目(2 0 2 2 S L J B Z-0 0 9);延安大学博士科学研究启动项目(Y D B K 2 0 2 1-0 5)作者简介:程国亭(1 9 8 6-),男,博士,讲师,硕士生导师,主要从事番茄抗逆调控与品质改良研究。E-m a i l:c h e n g g u o t i n g 0 4 1 7 y a u.e d u.c n*通信作者:梁 燕,博士,教授,博士生导
3、师,主要从事番茄遗传育种与蔬菜种质资源挖掘研究。E-m a i l:l i a n g y a nn w s u a f.e d u.c n番茄类胡萝卜素降解关键基因筛选程国亭1,李同政1,闫珑文2,常海飞1,王延峰1,梁 燕3*(1 延安大学 陕西省红枣重点实验室,延安大学 生命科学学院,陕西延安 7 1 6 0 0 0;2 延安科育农业科技有限公司,陕西延安 7 1 6 0 0 0;3 西北农林科技大学 园艺学院,陕西杨凌 7 1 2 1 0 0)摘 要:类胡萝卜素衍生挥发物是番茄重要的芳香物质,对番茄风味非常重要。类胡萝卜素衍生挥发物代谢复杂,为筛选调控其合成的关键基因,研究以9 0个番
4、茄自交系中香气寡淡的T I 4 0 0 1和香气浓郁的C I 1 0 0 5为材料,通过实时定量P C R分析了番茄类胡萝卜素裂解双加氧酶(S l C C D s)基因在不同组织及不同发育期果实中的表达量,高效液相色谱测定番茄果实不同成熟期类胡萝卜素含量,顶空固相微萃取气相色谱质谱联用测定番茄果实不同成熟期挥发物的含量。发现在7个S l C C D s基因中,S l C C D 1 A和S l C C D 1 B基因在番茄果实中表达量最高,且随着果实发育成熟表达量显著升高。果实中类胡萝卜素及其衍生挥发物含量也显著升高。S l C C D 1 A和S l C C D 1 B基因表达量与类胡萝卜素
5、及其衍生挥发物含量之间极显著正相关。推测S l C C D 1 A和S l C C D 1 B基因是裂解类胡萝卜素合成挥发物的关键基因。关键词:番茄;类胡萝卜素;类胡萝卜素裂解双加氧酶;降异戊二烯;挥发物中图分类号:Q 7 8 1;S 6 4 1.2文献标志码:AI d e n t i f i c a t i o n o f t h e K e y G e n e s f o r t h e C a r o t e n o i d s D e g r a d a t i o n i n T o m a t o e sCHE NG G u o t i n g1,L I T o n g z h e
6、 n g1,YAN L o n g w e n2,CHANG H a i f e i1,WANG Y a n f e n g1,L I ANG Y a n3*(1 S h a a n x i K e y L a b o r a t o r y o f C h i n e s e J u j u b e,C o l l e g e o f L i f e S c i e n c e,Y a n a n U n i v e r s i t y,Y a n a n,S h a a n x i 7 1 6 0 0 0,C h i n a;2 Y a n a n K e y u A g r i c u
7、l t u r a l T e c h n o l o g y C o.,L t d,Y a n a n,S h a a n x i 7 1 6 0 0 0,C h i n a;3 C o l l e g e o f H o r t i c u l t u r e,N o r t h w e s t A&F U n i v e r s i t y,Y a n g l i n g,S h a a n x i 7 1 2 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:C a r o t e n o i d s d e r i v e d v o l a t i l e s a r
8、 e i m p o r t a n t a r o m a t i c s u b s t a n c e s o f t o m a t o f r u i t s,w h i c h a r e v e r y i m p o r t a n t f o r t o m a t o f l a v o r.T h e m e t a b o l i s m o f c a r o t e n o i d s d e r i v e d v o l a t i l e s a r e c o m p l e x.I n o r d e r t o s e-l e c t t h e k e
9、 y g e n e s r e g u l a t i n g t h e s y n t h e s i s o f c a r o t e n o i d s d e r i v e d v o l a t i l e s,w e u s e d t o m a t o i n b r e d l i n e T I 4 0 0 1 w i t h t h e w e a k e s t a r o m a a n d C I 1 0 0 5 w i t h t h e s t r o n g e s t a r o m a a s m a t e r i a l s f r o m 9
10、 0 i n b r e d l i n e s i n t h i s s t u d y.T h e e x p r e s s i o n o f t h e c a r o t e n o i d s c l e a v a g e d i o x y g e n a s e g e n e s(S l C C D s)w e r e a n a l y z e d i n d i f-f e r e n t t i s s u e s a n d f r u i t s a t d i f f e r e n t d e v e l o p m e n t s t a g e s b
11、 y r e a l-t i m e q u a n t i t a t i v e P C R t e c h n i q u e.T h e c o n-t e n t s o f c a r o t e n o i d s w e r e t e s t e d i n f r u i t s b y h i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y a t d i f f e r e n t r i p e n i n g s t a g e s.T h e v o l a t i l e s c
12、 o n t e n t s o f t o m a t o f r u i t s w e r e t e s t e d b y h e a d s p a c e s o l i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n-g a s c h r o m a t o g r a p h y-m a s s s p e c t r o m e t r y t e c h n o l o g y a t d i f f e r e n t r i p e n i n g s t a g e s.I t w a s f o u n d t h a t t
13、 h e S l-C C D 1 A a n d S l C C D 1 B g e n e s h a d t h e h i g h e s t e x p r e s s i o n l e v e l s i n t o m a t o f r u i t s,a n d t h e e x p r e s s i o n l e v e l s i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y w i t h t h e f r u i t r i p e n i n g.T h e c o n t e n t s o f c a r o t e
14、 n o i d s a n d t h e i r d e r i v e d v o l a t i l e s a l s o i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y.T h e r e w a s a s i g n i f i c a n t l y p o s i t i v e l y c o r r e l a t i o n a m o n g t h e e x p r e s s i o n l e v e l s o f S l-C C D 1 A a n d S l C C D 1 B g e n e s w i t h
15、 t h e c o n t e n t s o f c a r o t e n o i d s a n d t h e i r d e r i v e d v o l a t i l e s.I t w a s s p e c u l a t e d t h a t S l C C D 1 A a n d S l C C D 1 B g e n e s w o u l d b e t h e k e y g e n e s t o c l e a v a g e c a r o t e n o i d s t o s y n t h e s i s v o l a t i l e s.K e
16、 y w o r d s:t o m a t o;c a r o t e n o i d s;c a r o t e n o i d c l e a v a g e d i o x y g e n a s e;n o n i s o p r e n e;v o l a t i l e s 番茄是世界第一大蔬菜作物,在国民经济中占据重要地位。番茄作为研究浆果发育和果实品质形成的模式植物,在科学研究中被广泛应用,特别是2 0 1 2年番茄全基因组测序完成后,番茄各方面研究迅速推进1。番茄作为蔬菜和水果兼用的作物,其风味品质受到大家的极大关切。研究发现番茄果实风味主要由葡萄糖、果糖、柠檬酸、苹果酸和
17、2 9种挥发物组成2。番茄果实的挥发物主要是醛类、醇类、酮类、酯类等C4C1 6的小分子有机化合物,其前体物质主要是必需营养物质脂肪酸、类胡萝卜素和氨基酸。脂肪酸衍生的C6醇和C6醛含量较高,具有生青气味,与番茄新鲜程度有关。类胡萝卜素衍生的C1 3和C1 4酮类、醛类和醇类挥发物,虽然含量较低,但其嗅觉阈值浓度更低,气味特征多为花香、果香、甜味,深受消费者喜爱。苯丙氨酸衍生的挥发物主要是具有刺激性气味的芳香醛和醇,亮氨酸/异亮氨酸衍生的挥发物主要是具有焦糖味的C4化合物以及少量的短链酯。现代栽培番茄风味下降与至少1 3种主要挥发物浓度降低密切相关2。因此,增加类胡萝卜素衍生挥发物的含量可成为
18、番茄风味提升的关键3。番茄类胡萝卜素衍生挥发物主要由类胡萝卜素裂解双加氧酶(C C D s)裂解类胡萝卜素产生4-7,只有启动子区含有稀有等位基因的T o m L o x C基因才具有裂解类胡萝卜素的功能8,S l C C D s是裂解类胡萝卜素的关键基因9-1 0。与拟南芥同源性分析发现,番茄S l C C D s基因家族包括7个成员,分别是S l C C D 1 A、S l C C D 1 B、S l C C D 4 A、S l C C D 4 B、S l-C C D 7、S l C C D 8和S l C C D-l i k e1 1-1 4,S l C C D s基因之间分工和作用机理
19、并不是很清楚。本研究以香气寡淡的T I 4 0 0 1和香气浓郁的C I 1 0 0 5番茄育种自交系为材料,通过分析S l C C D s基因表达与类胡萝卜素及其衍生挥发物含量的相关性,初步筛选出S l-C C D 1 A和S l C C D 1 B基因是裂解类胡萝卜素产生挥发物的关键基因,可为提升现代栽培番茄果实风味品质奠定理论基础。1 材料和方法1.1 试验材料研究以风味差异显著的番茄育种自交系T I 4 0 0 1和C I 1 0 0 5为材料,均来自西北农林科技大学番茄生物技术与遗传改良团队。T I 4 0 0 1为绿色普通大果番茄,总挥发物含量最低,不含异戊二烯衍生挥发物,香气寡淡
20、。C I 1 0 0 5为红色樱桃番茄,总挥发物含量最高,尤其是异戊二烯衍生挥发物含量最高,香气浓郁1 5。2 0 2 2年1月2 5日在延安市安塞生态农业示范园的育苗工厂播种,3月2 0日定植在安塞生态农业示范园日光温室,进行田间常规管理。取番茄第三穗花瓣、花萼、根、茎、叶、侧芽、幼果和绿熟期、转色期、粉 熟 期 和 成 熟 期 果 实1 6-1 7,用 于S l-C C D s基因表达量测定。同时,绿熟期、转色期、粉熟期和成熟期果实用于类胡萝卜素及其衍生挥发物含量测定。1.2 试验方法1.2.1 S l C C D s基因特异性表达在N C B I网站(h t t p s:/www.n c
21、 b i.n l m.n i h.g o v/)下载S l C C D s基因核苷酸序列。根据实时定量引物设计原则,采用P r i m e r p r i m e r 5.0软件设计S l C C D s基因定量检测引物1 8(表1),S l A c t i n作为内参基因,采用T r i z o l法提取番茄总R NA1 9。用E v o M-ML V反转录试剂盒(A c c u r a t e B i o t e c h-n o l o g y C o.,L t d,武汉)先将基因组D NA去除,再反转 成c D NA,用N a n o D r o p核 酸 浓 度 测 定 仪(T h e
22、 r m o F i s h e r S c i e n t i f i c C o.,L t d,美国)检测c D-NA浓度,稀 释成1 0 0 n g/m L。以上 述反转 录 的c D NA为模板,用S Y B R G r e e n P r o T a q H S预混型q P C R试剂盒在Q u a n t S t u d i o 5(L i f e T e c h n o l o-g i e s C o.,L t d,美国)上进行q R T-P C R反应。反应体系为2 0 L,其中2S Y B R G r e e n P r o T a q H S P r e m i x 1 0
23、 L,c D NA 2 0 0 n g,正向和反向引物各0.2 m o l/L,R O X R e f e r e n c e D y e 0.4 m o l/L,用R A a s e f r e e w a t e r补齐至2 0 L。反应条件为9 5 预变性1 8 0 s,9 5 变性1 0 s,6 0 复性6 0 s,变性和复性4 0个循环2 0。每个样品均设置3个生物学重复,然后根据2-CT计算S l C C D s基因的相对表达量。57611 0期 程国亭,等:番茄类胡萝卜素降解关键基因筛选表1 试验所用引物T a b l e 1 T h e p r i m e r s u s e
24、d i n t h i s e x p e r i m e n t引物名称 P r i m e r n a m e引物序列P r i m e r s e q u e n c e(5 3)片段长度 L e n g t h/b pTm值Tm v a l u e/S l A c t i n-FG T G C GA G T G T C C T G T C T G T TS l A c t i n-RC C AA G G GA T G G T G T A G C C A G2 2 45 5.0 06 0.0 0S l C C D1A-FT G G T T C G GA G G C T G T A T T
25、 T GS l C C D1A-RC T C A C A G T T T G G C T T G T T C T T G2 3 95 7.8 95 8.3 0S l C C D1B-FG GA T C AA C GAGAA C T A C A C T G GS l C C D1B-RC C T C T T C A C A T T C A G T C C C A G2 3 45 8.4 95 8.0 2S l C C D4A-FG T A T C GA T C G C G GAAG T T GA TS l C C D4A-RC G T AG C C A T C G T C T T C G T T
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 番茄 类胡萝卜素 降解 关键 基因 筛选