光质对血橙果实多甲氧基黄酮及花青素积累的调控作用

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柑橘果实因其丰富的营养、色泽和独特的风味广受消费者喜爱。类黄酮是柑橘果实重要的功能性成分之一。其中,多甲氧基黄酮和花青素不仅是柑橘果实的重要植物营养素,也是血橙的主要呈色物质。因此,血橙是研究柑橘果实多甲氧基黄酮和花青素代谢的良好材料。光照是影响果实营养和色泽品质形成的重要环境因子。本研究通过对成熟过程中‘莫洛’血橙果实进行不同光质的透光处理,采用超高效液相色谱法(UPLC)和高效液相色谱法(HPLC)分别鉴定分析了各处理条件下果实中多甲氧基黄酮和花青素的组成和含量变化。同时,对各处理样品进行转录组测序(RNA-sequencing),利用GO分类、KEGG富集和WGCNA分析等方法挖掘与光调控多甲氧基黄酮和花青素积累相关的候选基因,并基于基因表达量和多甲氧基黄酮及花青素含量变化的关联分析,初步构建了光信号调控柑橘果实多甲氧基黄酮及花青素积累的共表达基因网络和调控模型,为柑橘品质的形成调控提供理论和实践依据。主要结果如下:1.在果实成熟过程中,多甲氧基黄酮和花青素含量在蓝光(Blue)、红光(Red)、白光(White)、遮光(Dark)和对照组(CK)处理下均发生显著变化(p<0.05)。随着血橙果实成熟,果肉中多甲氧基黄酮(PMFs)含量逐渐降低,而花青素逐渐积累。在多甲氧基黄酮最为丰富的转色期(DAB210)和花青素最为丰富的完熟期(DAB273),蓝光处理效果均显著高于其他光质处理(p<0.05),总含量分别达到15.95±0.51 mg/kg FW和942.13±1.67[(A530-0.25×A657)/kg]FW。2.与对照组(CK)相比,蓝光(Blue)处理下完熟期(DAB273)果实差异表达基因(DEGs)数量最多,达873个。且在蓝光处理下,转色期(DAB210)和完熟期(DAB273)的共同差异表达基因数量最高,共有53个。通过GO分类和KEGG富集分析,蓝光(Blue)与对照组(CK)之间的共1178个差异表达基因富集到了48个GO分类和216个KEGG通路上。在显著富集通路中,包含6个与多甲氧基黄酮和花青素合成相关通路,分别为“次生代谢物生物合成”、“代谢途径”、“苯丙素生物合成”、“类黄酮生物合成”、“苯丙氨酸代谢”以及“黄酮和黄酮醇合成”,表明蓝光诱导了多甲氧基黄酮及花青素合成相关通路中基因的差异表达。3.基于基因注释筛选多甲氧基黄酮和花青素合成相关结构基因,发现上游阶段结构基因查尔酮合成酶(CHS1)基因、以及O-甲基转移酶(OMT3)和(OMT4)基因的转录表达水平与多甲氧基黄酮含量呈正相关关系且受蓝光诱导(log2(Blue210/CK210)≥1);而上游阶段结构基因苯丙氨酸解氨酶(PAL1)基因、肉桂酸-4-羟基化酶(C4H)基因、类4–香豆酸:辅酶A连接酶基因(4CL-like)、查尔酮合成酶(CHS)基因,以及花青素合成支路基因类植物类黄酮3-羟化酶(F3H-like)基因、类黄酮-3’,5’-羟基化酶(F3’5’H)基因、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因、花青素合成酶(ANS)基因和3-尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(3-UFGT)基因的转录表达水平与花青素含量呈正相关关系且受蓝光诱导(log2(Blue273/CK273)≥1)。4.基于基因注释筛选光受体,发现植物光信号转导中的蓝光受体基因隐花素CRY3与花青素含量呈正相关关系,且在蓝光处理下显著上调表达(log2(Blue210/CK210)=0.28,log2(Blue273/CK273)=0.65),推测CRY3可能参与蓝光调控果实中多甲氧基黄酮和花青素的积累。5.基因共表达网络分析(WGCNA)表明,与多甲氧基黄酮含量显著相关的转录因子包括ERF、b HLH、NAC、b ZIP以及WRKY等39个基因家族(p<0.05),其中5个转录因子在蓝光处理下出现差异表达(|log2(Blue210/CK210)|≥1),分别为ERF3、AP2、LBD1、WRKY7和NAC90;与花青素含量显著相关的转录因子包括MYB、MYB-related、NAC、ERF以及b HLH等49个基因家族(p<0.05),其中21个转录因子在蓝光处理下出现差异表达(|log2(Blue273/CK273)|≥1)。结合序列分析结果,进一步筛选了其中9个转录因子作为调控花青素合成的候选蓝光信号转录因子,分别为MYB114、MYB308、b HLH130、b HLH149、DREB2A、NAC72、NAC2、Dof2和TCP。上述转录因子可能在血橙果实成熟过程中介导蓝光对多甲氧基黄酮和花青素的合成调控。6.采用qRT-PCR对16个候选基因的表达量进行验证,所有被测基因在qRT-PCR和RNA-seq中的表达趋势一致,两组表达数据之间的皮尔森相关系数为0.91,表明转录组测序数据可靠。基于候选基因的表达模式,初步建立了蓝光介导的血橙果实成熟过程中多甲氧基黄酮及花青素调控模型。
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