葡萄果实发育过程中白藜芦醇合成对紫外线-C和脱落酸处理的响应

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白藜芦醇(resvratrol, Res)是一种很重要的植物抗毒素,在人体生理代谢过程中具有很强的抗氧化、抗突变等活性,能够预防癌症和心血管等疾病。但是Res只在葡萄等少数植物中存在,且在自然条件下含量较低。因此,需要使用一定的手段来提高葡萄中Res的含量,进而满足人类对Res的需求。研究表明,葡萄果实中Res的合成与积累既受葡萄发育内部因素的调节,也受多种外界因素的影响,包括生物(如病原菌)和非生物(如紫外线-C、茉莉酸甲酯、水杨酸等)因素。紫外线-C(ultraviolet-C,UV-C)是人工诱导葡萄Res合成的一种快捷并有效的手段,但目前主要集中在始熟期和成熟期的果实上,缺乏系统地研究不同发育时期葡萄果实Res合成与积累对UV-C的响应。另外,已有研究表明,脱落酸(abscisic acid, ABA)、Res的合成与积累都与葡萄果实的成熟密切相关,但并不清楚ABA和Res合成与积累究竟存在什么样的关系。因此,本研究的目标是:(1)探讨葡萄果皮中Res的合成与积累对UV-C辐射处理的响应与果实不同发育时期的关系:(2)研究果实发育过程中ABA、果实成熟、Res合成与积累三者之间的关系。主要结果和结论如下:  以本实验室选育的酿酒葡萄新品种‘北红’(‘玫瑰香’ב山葡萄’)为试验材料,研究整个发育过程中葡萄果实的可溶性固形物、果皮花色苷和Res的动态变化。结果表明,可溶性固形物和果皮花色苷的含量从始熟期开始迅速增加,直到始熟后一个月,然后经过大约20天的缓慢增加,直到果实成熟。果皮中Res的含量也是从始熟期开始缓慢增加,始熟期后3周,Res开始持续增加直到果实成熟,且主要是以反式-白藜芦醇苷(trans-pd)和顺式-白藜芦醇苷(cis-pd)的形式增加,反式-白藜芦醇(trans-res)的含量基本不变。在Res合成相关的基因中,STS和Myb14的表达在始熟期之前出现一个高峰,随后降低,并一直维持较低水平直到成熟。O-3-GT的表达从始熟期开始持续增加直到成熟,这与两种糖苷含量的变化趋势相一致。由此可以推测尽管STS是Res合成的一个关键酶,但并不是Res积累的关键酶,O-3-GT可能是葡萄果实发育过程中Res积累的关键酶。  在‘北红’果实发育过程中的六个时期(花后40、55、70、84、112和126天)分别进行UV-C辐射处理,研究果皮中Res的含量变化,并对Res合成途径中的关键基因进行定量表达分析。结果表明,UV-C辐射处理能促进各个时期葡萄果皮中Res的合成与积累,并以trans-res的积累为主;花后55天(始熟期前两周)的葡萄果实对UV-C辐射最敏感,Res增加的最多;随着果实的发育,Res合成对UV-C辐射的敏感度逐渐降低,Res增加量逐步减少。因此,‘北红’葡萄果皮中Res的合成与积累对UV-C辐射的响应与果实不同发育时期有关。  在‘北红’果实发育过程中,游离ABA的含量从始熟期开始迅速增加,并出现一个高峰,此后下降,然后在始熟后3周又出现一个高峰,随后下降,但仍然保持较高的水平直到成熟。因此,游离ABA合成的第一个高峰与花色苷含量开始显著升高时期相吻合,第二个高峰与Res含量开始显著升高时期相吻合。这表明‘北红’果实ABA的合成可能与花色苷及Res的合成有关。在‘北红’果实始熟期前10天和始熟期分别用ABA及其两种合成抑制剂氟啶酮和去甲二氢愈创木酸溶液(浓度都为500 mg L-1)处理,研究果实内源ABA及其代谢产物的动态变化、Res和花色苷的合成与积累以及相关基因的表达。结果表明,外源ABA处理能够促进葡萄果皮中内源ABA及其代谢产物的合成与积累,葡萄果实提前进入始熟期,花色苷和Res的含量积累提前,且Res的积累滞后于花色苷。ABA的两种合成抑制剂处理后,能够抑制葡萄果实内源ABA及其代谢产物的合成与积累,延缓葡萄果实进入始熟期,花色苷和Res的合成与积累减慢。对始熟期前10天用ABA及其两种合成抑制剂处理的果实,分析其花色苷和Res合成过程中的相关基因的表达。结果表明,外源ABA处理后,控制苯丙氨酸代谢途径的几个基因PAL、C4H和4CL的表达量高于对照;ABA的两种合成抑制剂处理后,表达量低于对照。在花色苷合成途径相关基因中,除F3H和WDR1外,CHS、CHI、F3H、F3’H、F35H、UFGT、OMT、MybA1、MybC1基因的表达量都高于对照,ABA合成抑制剂处理的都低于对照。Res合成的关键基因STS及其两个调节基因Myb14/15的表达量在ABA处理后也显著增加。因此,ABA能够启动‘北红’果实进入始熟期,且能启动其花色苷与Res的合成。  
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