中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 759-778.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.04.011
李建昆(), 彭超, 张子扬, 梁茜, 魏鸣康, 杨强, 李斌奇, Muhammad Moaaz Ali, Viola Kayima, 陈发兴(
), 邓红红(
)
收稿日期:
2024-06-28
接受日期:
2024-09-04
出版日期:
2025-02-16
发布日期:
2025-02-24
通信作者:
联系方式:
李建昆,E-mail:lijiankun2019@163.com。
基金资助:
LI JianKun(), PENG Chao, ZHANG ZiYang, LIANG Xi, WEI MingKang, YANG Qiang, LI BinQi, Muhammad Moaaz Ali, Viola Kayima, CHEN FaXing(
), DENG HongHong(
)
Received:
2024-06-28
Accepted:
2024-09-04
Published:
2025-02-16
Online:
2025-02-24
摘要:
【目的】明确柰李果实空腔褐变的发生规律,探索柰李果实空腔褐变与木质素积累的关系;并进行木质素生物合成途径的关键基因4CL基因家族鉴定与分析,为后续研究柰李果实空腔褐变的调控、防治和分子机制奠定基础。【方法】以‘皇冠’李盛花后10、25、40、55、70和85 d的果实为试材,研究果实空腔褐变的发生规律。采用石蜡切片观察组织结构变化,气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry)技术明确木质素单体类型,紫外分光光度计测定木质素含量和木质素生物合成相关酶活性,qRT-PCR技术分析基因表达。结合NCBI、TBtools、MEME、MEGA11、SOPMA、SWISS-MODEL和PlantCARE等软件进行4CL基因家族的鉴定与分析。【结果】‘皇冠’李果实空腔始于转色期,成熟期空腔褐变率达到37.73%,转色期和成熟期空腔褐变果的果形指数显著高于非空腔褐变果。石蜡切片结果显示,空腔褐变部位的果肉被番红溶液染成红色,空腔褐变面积随果实发育增大。果肉木质素总量随果实发育逐渐增加,空腔褐变果的木质素总量极显著高于非空腔褐变果(P<0.001)。空腔褐变果的木质素单体主要包括愈创木基丙烷(22.6%)和紫丁香基丙烷(10.8%)。果实发育期,空腔褐变果的4CL和PAL酶活性均显著高于非空腔褐变果。空腔褐变果的8个Ps4CL表达均高于非空腔褐变果,2个PsPAL在空腔和非空腔褐变果的表达趋势基本一致,转色期空腔褐变果的PsPAL表达略高于非空腔褐变果。Ps4CL1、Ps4CL2、Ps4CL7和Ps4CL8可能参与李果肉木质素生物合成,Ps4CL基因家族均含内源激素类响应元件。共线性分析显示,李与拟南芥存在2对4CL同源基因,与桃有8对4CL同源基因。通过构建互作网络,鉴定到核心枢纽基因Ps4CL5、Ps4CL7和Ps4CL8,都分别至少有30个共表达基因。qRT-PCR结果表明,Ps4CL基因表达呈现组织特异性和时空特异性。【结论】‘皇冠’李果实空腔褐变发生的关键时期为转色期,明确了木质素总含量和单体类型、木质素生物合成相关酶活性及关键基因表达的变化,WGCNA鉴定到关键基因参与木质素生物合成途径。
李建昆, 彭超, 张子扬, 梁茜, 魏鸣康, 杨强, 李斌奇, Muhammad Moaaz Ali, Viola Kayima, 陈发兴, 邓红红. ‘皇冠’李果实空腔褐变与木质素积累的关系及其4CL基因家族鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 759-778.
LI JianKun, PENG Chao, ZHANG ZiYang, LIANG Xi, WEI MingKang, YANG Qiang, LI BinQi, Muhammad Moaaz Ali, Viola Kayima, CHEN FaXing, DENG HongHong. Dynamics of Fruit Hollowness and Browning and Associated Lignin Accumulation and Its Genome-Wide Identification of Ps4CL Gene Family in Huangguan Plum[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(4): 759-778.
表1
4CL和PAL基因的实时荧光定量引物"
基因Gene | 上游引物Forward primer (5'→3') | 下游引物Reverse primer (5'→3') |
---|---|---|
CAC | GGGATACGCTACAAGAAGAATGAG | CTTACACTCTGGCATACCACTCAA |
Ps4CL1 | ATTTGTGGGTTGTGCCTCCT | TGGCACAGTCCTCCATCAAC |
Ps4CL2 | GCGACTCTGCTCTACTCGTC | AGGAACCTCTCCTCCCCATC |
Ps4CL3 | CAGCTCCATTCCCGACCTTT | ACGGAGCGAATTGGGGATTT |
Ps4CL4 | TGATAGGCCCGGAAGAGTCA | AGGAGGTAAGGCCTCTCTGG |
Ps4CL5 | CATCGCTTTCGCCACATCAG | TTTGGTTGACCTCGACTCCG |
Ps4CL6 | GCCATCGCTTTCGTCACATC | GATCCGACCCGATTGAGCAT |
Ps4CL7 | AACTCAGTCGGACACTGCTG | GCGAGCCCATAGATGTGGAA |
Ps4CL8 | CCAACTCCATCCACTTCCCC | GGTGATGACGAGTTTGGGGT |
PsPAL1 | TGCAAGGGCTGCATTGGATA | GGTACTCTGCACCCAACTCC |
PsPAL2 | TTTGGTTGCACTTTGCCAGG | GCTCCCCAGTCACTCCAAAA |
PsPAL3 | CACACATTGCCTCACACAGC | GCCAATCAAAAGCCCAGCAA |
表2
李Ps4CL基因家族的基本信息"
基因 Gene | 基因编号 Gene id | 长度 Lengh (aa) | 分子量 Mw (kDa) | 等电点 pI | 不稳定系数 Instability index (II) | 脂肪系数 Aliphatic index | 平均亲水性 GRAVY | 亚细胞定位 Subcellular localization |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ps4CL1 | PsSY0000530.1 | 542 | 59125.61 | 8.63 | 35.93 | 99.57 | -0.009 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL2 | PsSY0028946.1 | 567 | 61306.62 | 8.84 | 40.42 | 99.75 | -0.013 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL3 | PsSY0000072.1 | 562 | 60031.21 | 8.02 | 36.90 | 102.14 | -0.017 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL4 | PsSY0002508.1 | 557 | 61097.49 | 6.49 | 33.24 | 96.12 | -0.033 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL5 | PsSY0008604.1 | 558 | 60955.14 | 6.26 | 37.26 | 98.69 | 0.077 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL6 | PsSY0008690.1 | 558 | 60987.40 | 6.11 | 33.51 | 97.16 | 0.019 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL7 | PsSY0029187.1 | 542 | 58714.25 | 5.85 | 42.44 | 97.76 | 0.115 | 过氧化物酶体Peroxisome |
Ps4CL8 | PsSY0029483.1 | 544 | 59775.10 | 8.63 | 52.05 | 97.7 | 0.012 | 过氧化物酶体Peroxisome |
[1] |
张加延. 中国果树科学与实践-李. 西安: 陕西科学技术出版社, 2015.
|
|
|
[2] |
刘硕, 徐铭, 刘家成, 章秋平, 马小雪, 刘宁, 张玉萍, 张玉君, 赵海娟, 刘威生. 世界李育种概况. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1744-1759. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.09.011.
|
|
|
[3] |
王立如, 范林洁, 房聪玲, 张建春, 沈群超, 吴月燕. 植物生长调节剂对阳光玫瑰葡萄果实品质的影响. 浙江农业科学, 2023, 64(3): 639-645.
doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20220617 |
|
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
苍涛, 宋雯, 赵学平, 吴长兴, 吴声敢, 陈丽萍, 徐明飞, 赵慧宇, 王强. 氯吡脲对草莓空心与畸形的影响. 浙江农业学报, 2017, 29(9): 1537-1543.
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.16 |
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.16 |
|
[11] |
|
[12] |
赖灯妮, 张群, 尚雪波, 谭欢, 周雨佳, 郭薇丹, 付湘晋. 氯吡脲处理对6种猕猴桃品质和货架期的影响. 食品安全质量检测学报, 2023, 14(1): 146-155.
|
|
|
[13] |
杨旭风, 贾晓东, 许梦洋, 莫正海, 贾展慧, 宣继萍. 褐变机理及其防治技术研究进展. 中国农学通报, 2023, 39(13): 137-145.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0400 |
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0400 |
|
[14] |
邱栋梁, 刘星辉. 果肉的褐变机理. 福建农业大学学报, 1998, 27(1): 37-41.
|
|
|
[15] |
邱栋梁, 刘星辉. 奈贮藏过程中果肉褐变的研究. 农业工程学报, 1999, 15(1): 253-254.
|
|
|
[16] |
姜翠翠. 㮈多酚氧化酶(PPO)基因启动子的克隆与功能鉴定[D]. 福州: 福建农林大学, 2008.
|
|
|
[17] |
姜翠翠. 㮈均一化全长cDNA文库的构建及果实褐变相关基因的分离与表达分析[D]. 福州: 福建农林大学, 2012.
|
|
|
[18] |
|
[19] |
李笑月, 袁艳文, 顾晨冉, 秦智伟, 辛明. 不同环境因子和基因型对黄瓜空腔性状的影响. 北方园艺, 2023, 16: 18-25.
|
|
|
[20] |
|
[21] |
USDA. United States standards for grades of watermelons. (2006) [December 22, 2023]. https://permanent.fdlp.gov/LPS92640/WatermelonStandard.pdf.
|
[22] |
USDA. United States standards for grades of watermelons (2021) [December 22, 2023] https://www.ams.usda.gov/sites/default/files/media/WatermelonStandards.pdf.
|
[23] |
doi: S0308-8146(19)30526-6 pmid: 30955619 |
[24] |
|
[25] |
薛维文, 周显芳, 张昭其, 方方. 果蔬采后木质素积累及其调控对品质的影响研究进展. 园艺学报, 2022, 49(9): 2023-2036.
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0268 |
doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2021-0268 |
|
[26] |
doi: S0958-1669(18)30143-5 pmid: 30913460 |
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
doi: 10.1007/s00425-018-2965-z pmid: 30078075 |
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
|
[35] |
|
[36] |
|
[37] |
|
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[1] | 李澳归, 陈亚茹, 彭子洋, 茹靖益, 刘卫星. 不同降水强度的草原生态系统凋落物分解特征[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 117-126. |
[2] | 高娅菲, 赵媛博, 徐玲, 孙嘉悦, 夏煜轩, 薛丹, 武海雯, 宁航, 吴安驰, 吴林. 冷浸田改种泥炭藓显著增加土壤有机碳含量且降低胞外酶活性[J]. 中国农业科学, 2024, 57(8): 1533-1546. |
[3] | 邵嘉朱, 吕雯, 廖鑫琳, 袁歆瑜, 宋振, 蒋冬花. 大豆根际促生菌的分离、鉴定及其耐盐促生作用[J]. 中国农业科学, 2024, 57(21): 4248-4263. |
[4] | 胡家钰, 高兵阳, 高怡帆, 袁世仑, 齐欣, 黄玉芳, 闫军营, 赵亚南, 叶优良. 镁肥用量对花生养分吸收和光合特性的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3220-3233. |
[5] | 董秀, 张燕, MUNYAMPIRWA Tito, 陶海宁, 沈禹颖. 长期保护性耕作对黄土高原旱作农田土壤碳含量及转化酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 907-919. |
[6] | 张灵菲, 马垒, 李玉东, 郑福丽, 魏建林, 谭德水, 崔秀敏, 李燕. 有机物料与化肥长期配施对小麦玉米轮作潮土细菌群落和酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(19): 3843-3855. |
[7] | 张家桦,杨恒山,张玉芹,李从锋,张瑞富,邰继承,周阳晨. 不同滴灌模式对东北春播玉米籽粒淀粉积累及淀粉相关酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(7): 1332-1345. |
[8] | 朱长伟,孟威威,石柯,牛润芝,姜桂英,申凤敏,刘芳,刘世亮. 不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分及酶活性变化特征[J]. 中国农业科学, 2022, 55(21): 4237-4251. |
[9] | 相玉婷, 王晓龙, 胡新中, 任长忠, 郭来春, 李璐. 燕麦品种间脂肪酶活性差异及低脂肪酶优质品种的预测[J]. 中国农业科学, 2022, 55(21): 4104-4117. |
[10] | 张川,刘栋,王洪章,任昊,赵斌,张吉旺,任佰朝,刘存辉,刘鹏. 不同时期高温胁迫对夏玉米物质生产性能及籽粒产量的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(19): 3710-3722. |
[11] | 夏芊蔚,陈浩,姚宇阗,笪达,陈健,石志琦. “优标”水稻体系对稻田土壤环境的影响[J]. 中国农业科学, 2022, 55(17): 3343-3354. |
[12] | 张英强,张水勤,李燕婷,赵秉强,袁亮. 不同含羧基有机酸改性尿素在石灰性潮土中的转化特征[J]. 中国农业科学, 2022, 55(17): 3355-3364. |
[13] | 郑伟, 师筝, 龙美, 廖允成. 黄绿叶突变体冀麦5265yg的光合生理特性分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4539-4551. |
[14] | 邵美琪,赵卫松,苏振贺,董丽红,郭庆港,马平. 盐胁迫下枯草芽孢杆菌NCD-2对番茄促生作用及对土壤微生物群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4573-4584. |
[15] | 郜永博,王世显,魏珉,李静,高中强,孟伦,杨凤娟. 氮磷钾用量对基质培茄子产量、根系形态和根际微生物数量与酶活性的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4623-4634. |
|