木质素合成关键基因在软籽和硬籽石榴中的表达及代谢物分析

【目的】基于木质素代谢,探究软籽和硬籽石榴种子硬度形成机制,为培育优良软籽石榴提供基因资源。【方法】采用超高效液相色谱和串联质谱联用测定了‘突尼斯软籽’和‘泰山红’硬籽石榴成熟期种子中木质素途径小分子物质含量;运用Real-time PCR技术分析木质素途径中12个关键基因在4个种子发育期的时空表达和组织特异性表达。【结果】随着种子发育,石榴种子的硬度和木质素含量稳定升高。盛花期后30和45 d,木质素途径8个基因(PgPAL、Pg4CL、PgCCR、PgLAC、PgC3H、PgHCT、PgCOMT、PgCCOMT)在‘泰山红’中的表达量显著高于‘突尼斯软籽’,并且‘泰山红’种子硬度和木质素含量的增长量也高于‘突尼斯软籽’;尽管这8个基因在盛花期后70和120 d在‘突尼斯软籽’中的表达量显著高于‘泰山红’;但是‘泰山红’的种子硬度和木质素含量始终高于‘突尼斯软籽’。因此,石榴种子发育前期是决定种子硬度的关键时期。与‘泰山红’相比,‘突尼斯软籽’中的对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、松柏醇均富集,仅芥子醛的含量较低,表明这5种代谢物可能影响‘突尼斯软籽’石榴种子的硬度。此外,在12个关键基因中PgPAL、PgCOMT、PgCCOMT、PgHCT在‘泰山红’茎中的表达量明显高于‘突尼斯软籽’,因而,这4个基因可能是影响枝条硬度的关键候选基因。【结论】石榴种子中木质素含量与硬度呈显著正相关关系;上述8个基因在种子发育期的差异表达和4种显著富集的代谢物可能是石榴软籽性状形成的关键。