植物中绿原酸生物合成研究进展

绿原酸是植物体内重要的有机酚酸类物质,可以作为营养保健品和食品添加剂,具有多种功能特性。在植物中,绿原酸通常是以各种同分异构体和衍生物的形式存在。目前,已有3条主要的绿原酸合成途经被证实,其生物合成不仅受结构基因(PAL、C4H、4CL、C3H、HCT、HQT等)和转录因子(MYB、WRKY、bHLH等)的表达调控,还受多种非生物因素(激素、光照、温度、水分、无机盐等)的影响。本文从绿原酸的生物活性、种类、生物合成以及影响因素这几个方面进行了阐述,为植物中绿原酸的生物合成研究和开发利用提供基础。

桃需冷量与始花期相关性分析及南京地区需冷量预估模型初建

【目的】为了明确桃花芽需冷量高低与花期物候早晚之间的关系,在中国南京地区建立通过花期物候的调查推断需冷量范围的模型。【方法】于2018—2019、2019—2020、2021—2022年对国家果树种质南京桃资源圃桃种质进行花芽需冷量估算(基于0~7.2℃模型)、始花期调查和需冷量积累起始日期至始花期天数(记为A值)计算;分析花芽需冷量高低和始花期早晚的相关性;以‘南山甜桃’的需冷量和始花期数据为对照标准,拟合桃种质花芽需冷量与A值的关系模型,并最终优化建立通过A值推断桃种质花芽需冷量范围的模型;利用文献已报道的有需冷量数据(基于0~7.2℃模型估算)、且在南京桃资源圃有始花期调查数据的桃种质,对通过A值推断需冷量范围的模型进行验证。【结果】桃花芽需冷量与A值呈极显著正相关(P<0.01)。建立的模型为:以‘南山甜桃’为标准品种,其在南京地区任一调查年份需冷量积累起始日期至始花期天数A值记为A南山’;桃种质A≤A南山’+(-5~7)d时,需冷量<400 h,桃种质A=A南山’+8~12 d时,400 h≤需冷量<600 h,桃种质A≥A南山’+13 d时,需冷量≥600 h。利用20份种质进行模型验证,19份种质通过模型推断所得需冷量范围与文献报道的需冷量基本吻合,吻合率高达95%。【结论】桃花芽需冷量与始花期呈极显著正相关;建立了南京地区通过始花期推断需冷量范围的模型,并初步验证有效。

需冷量和需热量差异对桃花叶物候进程的影响

为了明确桃开花展叶先后的花叶物候进程,花芽与叶芽需冷量和需热量差异对花叶物候进程的影响规律,本研究首先连续2年分别评价了99份和257份桃种质花芽叶芽的需冷量和需热量,并调查了盛花期和展叶期,将所试桃材料按花芽需冷量高低分为极低、低、中和高4种类型,系统讨论不同年度不同类型桃花叶物候进程,以及各进程的花芽与叶芽需冷量和需热量差异表现模式。结果发现,极低和低需冷量桃呈现出先花后叶、花叶同放和先叶后花3种花叶物候进程,同一种质的花叶物候进程会因年度不同而改变,其需冷量和需热量差异表现模式种类复杂且年度间有变动;中和高需冷量桃仅呈现出先花后叶1种花叶物候进程,其需冷量和需热量差异表现模式种类简单且年度间保持不变。桃花叶物候进程与需冷量和需热量差异模式相关,并主要取决于需热量的差异。表现为无论花芽需冷量是等于、小于还是大于叶芽,只要花芽需热量小于叶芽,则为先花后叶;二者需热量相等,则为花叶同放;花芽需热量大于叶芽,则为先叶后花。结果表明,花芽与叶芽的需热量差异是形成桃多样易变的花叶物候进程的重要因素。

桃果实糖酸和酚类物质与口感风味的相关性

以73份桃种质资源为试材,使用高效液相色谱(HPLC)仪测定果肉中的糖、有机酸和酚类物质含量,对不同风味等级、不同涩味等级的糖、酸和酚类物质含量进行比较分析,并进行果实糖酸和酚类物质与口感风味相关性分析。结果表明:除果糖含量外,不同风味等级之间的蔗糖、葡萄糖、山梨醇、苹果酸、柠檬酸和奎尼酸含量呈现不同的显著性差异;涩味等级为多的桃果实中新绿原酸、儿茶素、绿原酸、咖啡酸、根皮苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的含量均显著高于其他涩味等级桃果实。蔗糖含量与甜风味呈极显著的正相关关系(r=0.534),葡萄糖、山梨醇含量与甜风味呈显著或极显著的负相关关系(相关系数分别为-0.246和-0.357),果糖含量与甜风味的相关性未达到显著水平。苹果酸、柠檬酸、奎尼酸含量均与甜风味呈极显著的负相关关系,相关系数分别为-0.696、-0.686和-0.381。比较糖和有机酸含量与果实甜酸风味的相关性发现,有机酸含量对甜酸风味的影响高于糖组分含量。检测出的13种酚类物质中,有9种组分与涩味呈正相关关系,分别为表儿茶素(r=0.726)、绿原酸(r=0.711)、咖啡酸(r=0.683)、新绿原酸(r=0.660)、根皮苷(r=0.621)、儿茶素(r=0.616)、阿魏酸(r=0.501)、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(r=0.496)、芸香苷(r=0.235)。研究还发现:并非所有的种质资源中有机酸均以苹果酸为主,还存在少量以奎尼酸和柠檬酸为主导的种质资源;虽然大多数酚类物质含量高的种质资源存在涩味大的现象,但是也存在紫油桃7号等微涩的种质资源具有较高的酚类物质含量,这些种质资源将为后续的种质创新与品种选育提供遗传基础。

vvi-miR160s介导VvARF18应答赤霉素调控葡萄种子的发育

【目的】研究vvi-miR160家族(vvi-miR160s)及其靶基因在‘魏可’葡萄种子发育过程中的作用,探究其应答赤霉素(GA)调控葡萄果实无核的潜在机理。【方法】采用miR-RACE、生物信息学分析、RT-qPCR、RLM-RACE等方法,鉴定vvi-miR160家族成员及其靶基因,分析vvi-miR160s及其靶基因应答GA的时空表达模式及其潜在功能。【结果】花前GA处理强烈抑制‘魏可’葡萄胚珠及种子发育,高效诱导其无核,且无核率达99.8%。克隆鉴定了VvMIR160s前体基因序列(501 bp)及成熟体序列,且它们在不同物种间具有较高的保守性;基于vvi-miR160s序列,预测到靶基因VvARF18,利用RLM-RACE技术检测到vvi-miR160s对VvARF18的裂解位点在第10和第11位之间,裂解频度9/17,证明VvARF18是vvi-miR160s的真实靶基因。该靶基因编码683个氨基酸,在398—411位存在核定位信号,且该蛋白亚细胞定位于细胞核上。VvARF18与其他物种间序列的同源保守性较高,基因结构相似,其中VvARF18蛋白与茶、烟草、梅花等物种亲缘关系较近。VvARF18启动子中包含4种作用元件,且含有较多激素相关元件。RT-qPCR结果显示,随着葡萄果实的发育,vvi-miR160c/d/e呈现‘V’形表达趋势,在硬核种子发育期表达较低,而VvARF18表现出与前者相反的表达趋势,在硬核种子发育期呈现高表达,表明vvi-miR160c/d/e对VvARF18负调控,但vvi-miR160a/b与VvARF18表达水平却不存在明显负相关。GA处理极显著地上调了vvi-miR160a/b在葡萄硬核种子发育期的表达,同时也显著抑制了VvARF18在同时期的表达,且它们的表达水平呈负相关,表明GA处理促进了vvi-miR160a/b对VvARF18的负调控作用;相反,GA减弱了vvi-miR160c/d/e对VvARF18的负调控作用。【结论】在vvi-miR160家族中,vvi-miR160c/d/e可能介导VvARF18在葡萄种子发育的特定阶段调控种子的发育形成,而vvi-miR160a/b可能主要介导VvARF18参与调控GA诱导葡萄种子败育的过程。

桃XTH家族基因鉴定及其在桃果实贮藏过程中的表达特性

【目的】通过桃木葡聚糖内糖基转移/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase,XTH)基因家族鉴定与不同肉质桃贮藏过程中相关基因的表达分析,发掘PpXTHs家族成员中参与桃果实软化的重要候选基因,为深入解析PpXTHs在果实采后贮藏过程中的功能研究奠定基础。【方法】根据XTH蛋白保守结构域Glyco_hydro_16 domain和XET_C domain,利用Hmmer 3.1软件对桃蛋白质数据库进行搜索,鉴定桃XTH基因家族成员;利用在线软件ProtParam预测其分子量、理论等电点等理化性质;利用在线分析工具Plant-mPLoc预测其亚细胞定位;MEGA11软件构建系统进化树;运用在线工具MEME对其保守motif进行分析,Tbtools呈现蛋白保守结构域和基因结构图谱;MapChart软件绘制基因在染色体上的分布图;利用实时荧光定量PCR(quantitative reverse transcription PCR,qRT-PCR)技术检测PpXTHs在不同肉质桃贮藏过程中的表达特性。【结果】在桃基因组共鉴定XTH基因家族成员27个,分布在7条染色体上。系统进化树显示,PpXTHs家族成员可分为祖先类群、Ⅰ/Ⅱ亚家族以及ⅢA和ⅢB亚家族。蛋白结构域分析显示所有PpXTHs成员均含有Glyco_hydro_16和XET_C两个蛋白保守结构域。qRT-PCR结果表明,属于ⅢB亚家族的PpXTH33随着溶质桃贮藏期延长,表达量上调,且表达量显著高于同期硬质桃贮藏过程的表达水平;PpXTH33克隆测序结果显示其CDS序列与桃参考基因组一致,长度为924 bp,编码307个氨基酸;激光共聚焦显微镜观察发现PpXTH33与GFP融合蛋白可能主要于细胞壁与细胞核上产生绿色荧光信号。【结论】桃27个PpXTHs家族成员蛋白结构均含有2个XTH蛋白保守结构域,不均匀分布在7条染色体上。PpXTHs在溶质桃和硬质桃贮藏过程中的表达特性显示,PpXTH33与桃采后果实软化密切相关。

基于桃需冷量探讨气温变化对其适应性的挑战

以12个地理位置和气候类型不同的地区2011—2021年气温数据为基本资料,通过0~7.2℃模型对各地区用于打破桃休眠的累积冷量(h)进行评估,同时统计已报道的基于0~7.2℃模型估算的589份桃品种资源的需冷量,分析各地区气温变化情况及其对冷量积累的影响,研判各地区桃品种资源面临的适应性挑战,并提出应对策略。研究结果表明,10年间,在11月初至翌年3月底(桃需冷量积累时间段),12个地区的气温均逐年升高,平均升高2℃,部分年份气温波动大。各地区冷量积累差异明显。随着纬度降低,冷量起始日期由早到迟,结束日期则由迟到早,冷量积累时间逐渐减少;各地平均累积冷量4.5~1315 h,逐年降低趋势较明显,且纬度越低,降低趋势越明显。另外,气候带类型也对冷量累积有影响。累积冷量降低对各地桃的适应性产生了轻度、中度或重度影响。基于以上结果,对各地适宜生长的桃需冷量区间范围进行了预判,具体为:北京、蒙阴、郑州和南京以<1000 h为宜,上海和杭州以600~700 h为宜,桂林以<400 h为宜,文山和古田以<200 h为宜(古田一些高海拔区域需冷量400 h的桃也可适应),福州以<100 h为宜,广州以<50 h为宜,海南需要基本不休眠、常绿类型的桃。未来桃产业发展需要加大低需冷量桃种质的创制和品种选育,优化主产区品种布局,合理制定南延栽培计划。

不同类型桃种质资源主要酚类物质含量评价

以257份桃种质成熟期果实为试材,利用高效液相色谱法(HPLC)测定果肉中6种酚类物质和3种有机酸含量,分析比较不同种质果肉单体酚和总酚含量的差异,并讨论不同肉色、肉质和有机酸含量的种质类型间酚类物质的含量差异。结果显示,桃果肉中总酚含量区间为31.05~919.11 mg·kg^(-1) FW,其中绿原酸、新绿原酸、儿茶素含量较高,平均值分别为56.60、43.20和25.79 mg·kg^(-1) FW,表儿茶素、芦丁含量中等,平均值分别为14.77和14.85 mg·kg^(-1) FW,阿魏酸含量最低(1.57 mg·kg^(-1) FW);筛选到单体酚和总酚含量特异种质11份;不同肉色类型桃的主要酚类物质含量存在差异,红肉类型显著高于白肉和黄肉类型,黄肉与白肉类型差异不大;不同肉质类型桃主要酚类物质含量为硬肉显著高于溶质和硬质类型(P<0.05);果实中苹果酸、柠檬酸、奎尼酸含量均与总酚含量呈极显著正相关。