万寿菊类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CCD1克隆与表达分析

【目的】克隆万寿菊(Tagetes erecta L.‘Scarletade’)类胡萝卜素裂解双加氧酶基因CCD1(TeCCD1),分析其序列特征和表达特性,为阐明其在类胡萝卜素降解途径中生物学功能及进一步探讨万寿菊花色形成机理提供理论基础。【方法】依据万寿菊花蕾转录组数据,利用同源序列比对结果设计引物,结合RT-PCR技术克隆获得万寿菊CCD1 cDNA全长,分析其序列特征;利用Real-time PCR分析舌状花未开花蕾、半开花蕾、开放的头状花序和完全开放的头状花序4个不同发育时期的基因表达特性。【结果】克隆获得万寿菊CCD1(Gen Bank登录号:KX557488)的cDNA全长序列为1 746 bp,编码区长度1 626 bp,编码541个氨基酸。蛋白质分析表明TeCCD1为不稳定蛋白,不含信号肽,属RPE65超家族(登录号:PF03055),包含CCD家族保守结构域,主要定位于细胞质。万寿菊CCD1核酸序列与除虫菊CCD1同源性最高,为89%;氨基酸序列分析表明万寿菊CCD1与除虫菊CCD1同源性高达93%,与其他19个不同种属的CCD1同源性在75%—83%,说明TeCCD1是高度保守的基因;系统进化树分析显示TeCCD1的进化基本符合植物分类学的进化规律,并具有明显的种属特征,万寿菊与菊科同源基因亲缘关系最近。Real-time PCR分析表明TeCCD1在舌状花发育过程中均有表达,随舌状花的开放逐渐升高,S4期达到最大值。【结论】克隆获得万寿菊舌状花的CCD1,是典型的CCD家族成员,为高度保守的基因,主要定位于细胞质,万寿菊舌状花颜色变浅可能与CCD1表达量增加导致类胡萝卜素降解有关。

产CCDs酿酒酵母菌株的构建及应用研究

类胡萝卜素双加氧裂解酶(Carotenoid cleavage dioxygenases,CCDs)可催化类胡萝卜素氧化裂解产生降异戊二烯类香气化合物。本研究利用同源重组技术在酿酒酵母BY4741基因组LPP1位点整合了葡萄VvCCD1基因得到重组菌株QGXH1,并探明了VvCCD1酶催化裂解β-胡萝卜素的最适条件(pH7、温度40℃)及香气化合物产物(β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯等)。以‘霞多丽’葡萄为原料,将菌株QGXH1与酿酒酵母EC1118顺序接种发酵,相比于只接种EC1118,β-紫罗兰酮和β-大马士酮的含量分别提高了125%、60%。本研究为VvCCD 1基因克隆表达提供了参考,为优化葡萄酒品种香气及富含类胡萝卜素的植物资源高值化加工创造了条件。

霞多丽葡萄果实降异戊二烯香气物质积累及代谢酶活变化分析

为确定霞多丽葡萄果实降异戊二烯香气物质的生成和积累规律,试验于2020和2021年连续两个生产季,在果实幼果(花后10 d)至成熟(花后80 d)期间每2周采集样品,测定可滴定酸含量、pH值、可溶性固形物含量、百粒重、总类胡萝卜素含量、降异戊二烯香气物质含量和类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCD)活性,分析其在果实生长期的变化规律,探讨类胡萝卜素含量、CCD活性和降异戊二烯香气物质含量变化的相关性。结果表明,霞多丽葡萄果实生长期共定性定量6种降异戊二烯香气物质,随着果实成熟,降异戊二烯香气物质总含量呈上升趋势;幼果期(花后10~38 d)果实样品CCD活性呈上升趋势,转色期(花后38~52 d)果实样品CCD活性呈下降趋势,成熟期(花后52~80 d)果实样品CCD活性呈上升趋势;总类胡萝卜素含量整体呈下降趋势,但转色期前后会有一个生成积累小高峰;相关性分析显示,CCD活性与总类胡萝卜素含量呈负相关,与游离态和结合态α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、β-大马士酮以及游离态香叶基丙酮、结合态6-甲基-5-庚烯-2-酮呈正相关。不同生产季样品比较发现,生产季气候对果实理化指标、总类胡萝卜素含量、CCD活性和降异戊二烯香气物质含量均有影响。