跳到主要内容gydF4y2Ba

越桔(gydF4y2BaVaccinium myrtillusgydF4y2BaL.不同光照条件下果实发育受生物合成和降解调控gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

类胡萝卜素是果实发育和成熟过程中重要的色素和中枢信号分子的前体。人们对类胡萝卜素的代谢进行了研究,特别是在更年期的番茄果实中,但类胡萝卜素的含量及其代谢调节已被证明在不同的水果品种之间存在很大差异。该属的非更年期浆果gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba是对健康有益的类黄酮的最佳天然来源之一,但以前没有研究过类胡萝卜素的生物合成。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

在这项研究中,类胡萝卜素生物合成基因,gydF4y2BaPsy, pds, zds, crtiso, lcyb, lcye, BCHgydF4y2Ba和gydF4y2BaCYP450-BCHgydF4y2Ba以及类胡萝卜素裂解双加氧酶gydF4y2BaCCD1gydF4y2Ba从越桔(gydF4y2Ba诉myrtillusgydF4y2Ba在不同光期和光质条件下,研究了果实发育过程中它们的表达和类胡萝卜素的组成。人们发现越橘是水果和浆果中类胡萝卜素的良好来源。在整个浆果发育过程中,最丰富的类胡萝卜素是叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素,同时含有少量的9Z-gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素,紫黄质,新黄质,玉米黄质,花青素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba玉米黄质。生物合成基因在成熟果实中的表达模式显示出向gydF4y2BaβgydF4y2Ba类胡萝卜素途径的一个分支。然而,两组的类胡萝卜素水平都有所下降gydF4y2BaβgydF4y2Ba分支和gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba枝向越橘果实随着成熟而增多gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba表达,类似于gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba表明酶促类胡萝卜素裂解和降解。强白光条件增加了类胡萝卜素生物合成基因的表达,但也增加了裂解基因的表达gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba和gydF4y2BaVmNCED1,gydF4y2Ba尤其是在未成熟的水果中。相反,成熟的越桔果实通过诱导类胡萝卜素生物合成和卵裂基因的表达对红/远红色光波长做出特异性反应,这表明光质量对类胡萝卜素形成的组织和发育阶段有特异性调节。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

这是我国生物合成类胡萝卜素的第一篇报道gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba浆果。我们的研究结果表明,关键生物合成基因的转录调控和酶促类胡萝卜素转化为类伪胡萝卜素对越橘果实成熟过程中类胡萝卜素含量的测定有重要作用,并对越橘果实成熟过程中的代谢有全面影响。gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

水果和浆果是人类饮食的重要组成部分,提供了许多营养和生物活性化合物的来源,如类胡萝卜素[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。明亮的红色和黄色类胡萝卜素为许多花和水果提供了颜色,以吸引传粉者和种子传播者。类胡萝卜素还在植物中发挥其他重要作用,包括参与光系统组装、光收集和光保护[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba]。此外,它们是重要的类胡萝卜素裂解产物——类伪胡萝卜素的前体,类伪胡萝卜素包括植物激素脱落酸(ABA)、独角酯内酯和挥发性风味化合物[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。人类不能生物合成类胡萝卜素,因此,这些必需的化合物需要从饮食中获得。类胡萝卜素作为维生素A的前体对人类至关重要,但由于其抗氧化特性,它们还提供其他健康益处。食用富含类胡萝卜素的食物可增强免疫系统,而某些类胡萝卜素已被证明对心血管疾病、某些类型的癌症及退行性疾病有保护作用[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。尤其是叶黄素和玉米黄质能够减缓与年龄有关的视网膜损伤[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

由于类胡萝卜素对植物和人类的重要性,植物类胡萝卜素的生物合成途径(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)是公认的,它在质体中通过核编码酶发生[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。类胡萝卜素生物合成的第一步是植物烯合成酶(phytoene synthase, PSY)将两个香叶基二磷酸(GGPP)分子浓缩为植物烯,这在许多植物系统中被报道为控制类胡萝卜素生物合成代谢通量的限速步骤。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。通过一系列反应,在植物烯去饱和酶(PDS)的作用下,植物烯被去饱和为番茄红素。gydF4y2BaζgydF4y2Ba-胡萝卜素去饱和酶(ZDS)和至少两种异构酶,包括类胡萝卜素异构酶(CRTISO) [gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba]。在一些水果中,比如西红柿(gydF4y2Ba茄属植物lycopersicumgydF4y2Bal),红番茄红素是主要的积累类胡萝卜素化合物。在类胡萝卜素途径的分支点上,番茄红素可以被番茄红素环化酶——番茄红素进一步环化gydF4y2BaβgydF4y2Ba-环化酶(LCYB)和番茄红素ε-环化酶(LCYE),形成两者gydF4y2BaαgydF4y2Ba胡萝卜素或gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素。在gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba叶黄素的生物合成gydF4y2BaαgydF4y2Ba-胡萝卜素需要属于细胞色素P450家族的两种独立的类胡萝卜素羟化酶的顺序作用,gydF4y2BaβgydF4y2Ba-环羟化酶(CYP450-BCH)gydF4y2BaεgydF4y2Ba-环羟化酶(CYP450-ECH) [gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。在gydF4y2BaβgydF4y2Ba-类胡萝卜素途径的分支,羟基化gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素的gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素羟化酶(BCH)产生玉米黄质gydF4y2BaβgydF4y2Ba-隐黄质,用于叶黄素循环。在ABA生物合成途径中,玉米黄质发生环氧化反应,形成紫黄质和新黄质,可进一步被9-裂解gydF4y2Ba独联体gydF4y2Ba-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)产生植物激素ABA [gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba高等植物类胡萝卜素生物合成途径。根据[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。植物烯合成酶;PDS,植物烯去饱和酶;ZDS,gydF4y2BaζgydF4y2Ba胡萝卜素desaturase;类胡萝卜素异构酶;LCYB,番茄红素gydF4y2BaβgydF4y2Ba环化酶;LCYE,番茄红素gydF4y2BaεgydF4y2Ba环化酶;BCH,gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素羟化酶;CYP450-BCH,类胡萝卜素gydF4y2BaβgydF4y2Ba细胞色素P450家族-环羟化酶;CYP450-ECH,类胡萝卜素gydF4y2BaεgydF4y2Ba细胞色素P450家族-环羟化酶;ZEP:玉米黄质环氧化酶;NSY,新黄质合成酶;CCD,类胡萝卜素裂解双加氧酶;数控,9 -gydF4y2Ba独联体gydF4y2Ba-epoxycarotenoid加双氧酶。gydF4y2BabgydF4y2Ba越橘果实发育阶段。S1,花;S2,未成熟的小青果;S3,大的未成熟的绿色果实;S4,成熟的紫色果实;S5,完全成熟的蓝色果实gydF4y2Ba

以往对类胡萝卜素生物合成的研究已经证明,在许多水果中,类胡萝卜素生物合成基因的协同转录调控,特别是gydF4y2Ba小组gydF4y2Ba,gydF4y2BaPDSgydF4y2Ba而番茄红素环化酶是类胡萝卜素的关键决定因素[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。例如,番茄类胡萝卜素组成与早期类胡萝卜素生物合成基因的上调和积累类胡萝卜素下游基因的下调非常吻合[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。然而,在转录水平之外,类胡萝卜素代谢被证明以一种更复杂的方式被一个与果实发育和成熟相关的精心协调的调节网络所调节。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。关于水果胡萝卜素形成的许多知识都是通过对番茄的研究获得的,番茄是更年期果实成熟的一个模型系统。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba],而影响果实成熟和类胡萝卜素成分的调节机制已被证明在不同的水果种类中有所不同,并与非更年期果实成熟的物种相比[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。除转录调控外,转录后调控、叶绿体生物发生、表观遗传机制以及类胡萝卜素裂解双加氧酶(CCDs)将类胡萝卜素酶降解为类胡萝卜素等因素对水果类胡萝卜素代谢也有深远的影响[j]。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。事实上,一些类伪胡萝卜素化合物被认为是水果和浆果中重要的信号、香气、风味和色素成分[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

除遗传因素外,光照等环境因素也被认为是叶绿体类胡萝卜素生物合成的调节因子。虽然涉及不同的机制,但很少有报道表明光质量对水果色质体中胡萝卜素形成的调节。西红柿和gydF4y2Ba柑橘类gydF4y2Ba水果,特别是红光波长已被证明可以增加类胡萝卜素的生物合成和积累[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

越桔(gydF4y2BaVaccinium myrtillusgydF4y2BaL,无花果。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba)是北欧最丰富的野生浆果之一,成熟的果实呈深蓝色,以其极高的花青素含量而闻名[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。除了类黄酮,这些浆果是其他有益健康化合物的潜在来源,以前我们已经证明它们是维生素C的适度来源[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。虽然类胡萝卜素的生物合成已经在各种水果生产物种中进行了研究,但非更年期类胡萝卜素代谢的报道较少gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba水果很稀少。之前的测量表明叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素是成熟的越橘和蓝莓(gydF4y2Ba诉corymbosumgydF4y2BaL.)水果[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba28gydF4y2Ba但对果实发育和成熟不同阶段类胡萝卜素生物合成的研究尚缺乏。在目前的工作中,我们旨在详细测量类胡萝卜素的水平,并分析其在越桔果实发育过程中的生物合成和降解(图2)。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba).为此,八种类胡萝卜素生物合成基因(gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYB, VmLCYE, VmBCHgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba)以及类胡萝卜素裂解基因gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba克隆了这些基因,并测定了它们在不同发育和成熟阶段越橘果实中的表达模式。此外,还研究了不同光照条件对未成熟和成熟浆果类胡萝卜素代谢的影响。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成基因的鉴定与研究gydF4y2BaCCD1gydF4y2Ba在越桔gydF4y2Ba

为了从分子水平上研究越橘果实发育过程中类胡萝卜素的生物合成,对植物烯合成酶(gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba)、植物烯去饱和酶(gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba),gydF4y2BaζgydF4y2Ba-胡萝卜素去饱和酶(gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba)、类胡萝卜素异构酶(gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba),番茄红素gydF4y2BaβgydF4y2Ba环化酶(gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba),番茄红素gydF4y2BaεgydF4y2Ba环化酶(gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba),gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素羟化酶(gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba)和类胡萝卜素gydF4y2BaβgydF4y2Ba细胞色素P450家族-环羟化酶(gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba)被分离。所有分离到的序列与其他物种的类胡萝卜素生物合成序列具有较高的一致性(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).分离得到的类胡萝卜素裂解基因的序列gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba在其他水果种类中,越桔与类胡萝卜素裂解相关的CCD1类酶表现出高度的同一性(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).例如,gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba89%在氨基酸水平上是相同的gydF4y2BaVvCCD1gydF4y2Ba葡萄(gydF4y2Ba葡萄gydF4y2Ba在玉米黄质和叶黄素的分裂过程中,CgydF4y2Ba13gydF4y2Ba-和CgydF4y2Ba14gydF4y2Ba-apocarotenoids [gydF4y2Ba29gydF4y2Ba]。获得的所有越橘序列均存入GenBank数据库(表2)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

表1越橘类胡萝卜素生物合成和裂解基因与其他水果的比较gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成基因的表达gydF4y2BaCCD1gydF4y2Ba在越橘果实发育过程中gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成基因和裂解基因的表达gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba在五个不同发育阶段的越橘果实中进行了分析(图2)。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba)。所有8个被检测的生物合成基因在整个越桔果实发育过程中都以可检测的水平表达,但表达模式不同(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).早期生物合成基因的表达gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba表现出高度相似的模式,在果实发育早期表达量相对较低,但在果实成熟开始时分别增加约4倍、8倍和6倍(S4)。它们在成熟果实中的表达量也相对较高(S5)。的表达式gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba花(S1)高,在果实发育初期减少,果实成熟后再次增加。的表达式gydF4y2BaVmLCYB,gydF4y2Ba哪个在两者中都有作用gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba- - -gydF4y2BaβgydF4y2Ba-类胡萝卜素途径的分支,类似于gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba在果实成熟时,其表达量增加了5倍(S4)gydF4y2BaVmBCH,gydF4y2Ba一个gydF4y2BaβgydF4y2Ba-分枝基因,在青果期已表现出增加(S3)。特异基因的转录水平gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba分支,gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba,在开花期(S1)和青期(S3)相对较高,但在果实成熟开始时(S4)下调。的表达式gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba在成熟浆果中再次上调(5)。类胡萝卜素裂解基因的表达gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba发现在浆果发育过程中增加(图2)。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba),特别是在果实成熟阶段(S4),类似于的表达模式gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmLCYB。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba
figure2gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成基因的表达gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba(gydF4y2BadgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba(gydF4y2BaegydF4y2Ba),gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba(gydF4y2BafgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba(gydF4y2BaggydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba(gydF4y2BahgydF4y2Ba)在越桔果实发育过程中。采用qRT-PCR定量分析基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表至少三个重复的平均值±se。S1-S5表示果实从花到成熟果实的发育阶段gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

的表达gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba越橘果实发育过程中的基因。qRT-PCR定量分析该基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表至少三个重复的平均值±se。S1-S5表示果实从花到成熟果实的发育阶段gydF4y2Ba

越橘果实发育过程中的类胡萝卜素含量gydF4y2Ba

对越橘果实中5个发育阶段的类胡萝卜素组成和浓度进行了详细分析(图2)。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba),揭示了胡萝卜素和叶黄素的存在。胡萝卜素,gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素和少量的9Z-gydF4y2BaβgydF4y2Ba越橘果实中检测到的叶黄素包括叶黄素、玉米黄质、花青素、紫黄质、新黄质(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)和微量的gydF4y2BaβgydF4y2Ba玉米黄质。越橘果实中未检测到番茄红素。gydF4y2Ba

图4gydF4y2Ba
装具gydF4y2Ba

的内容gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba), z - 9gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素(gydF4y2BabgydF4y2Ba)、叶黄素(gydF4y2BacgydF4y2Ba)、玉米黄质(gydF4y2BadgydF4y2Ba)、花青素(gydF4y2BaegydF4y2Ba)、紫黄质(gydF4y2BafgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Baneoxanthin (gydF4y2BaggydF4y2Ba)和总类胡萝卜素(gydF4y2BahgydF4y2Ba)在越桔果实发育过程中。数值代表四个重复的平均值±se。S1-S5表示果实从花到成熟果实的发育阶段。DW:干重gydF4y2Ba

叶黄素是越橘果实各发育阶段中含量最多的类胡萝卜素,其次为叶黄素gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素(无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba).叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素在未成熟的小青果(S2)中含量最高,在果实发育过程中含量下降,而叶黄素在果实成熟结束时含量略有增加。在成熟的果实中,叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素1476 μg 100 ggydF4y2Ba−1gydF4y2BaDW (184 μg 100 g)gydF4y2Ba−1gydF4y2BaFW)和380 μg 100 ggydF4y2Ba−1gydF4y2BaDW (47 μg 100 g)gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba弗兰克-威廉姆斯),分别。还有9Z-的水平gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素、玉米黄质、花黄质、紫黄质和新黄质在越桔果实发育过程中呈下降趋势(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba).除玉米黄质在花中含量最高外,这些化合物在未成熟的小青果中含量最高(S2)。成熟越桔果实中总类胡萝卜素含量为2872 μg 100 ggydF4y2Ba−1gydF4y2BaDW (359 μg 100 g)gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba其中约64%由叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba胡萝卜素。gydF4y2Ba

不同光照条件下越橘果实类胡萝卜素生物合成基因的表达gydF4y2Ba

用白光处理未成熟的(S3)和成熟的(S5)越橘果实,评价了类胡萝卜素生物合成基因的表达。在未成熟和成熟的浆果中,光周期(16/8 h)白光显著诱导gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba与黑暗中保存的对照浆果相比(图2)。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba).其他生物合成基因的表达,gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba,对光周期白光处理没有表现出明显的反应,尽管增加了gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba处理60 h后在成熟果实中表达量显著。gydF4y2Ba

图5gydF4y2Ba
figure5gydF4y2Ba

16/8 h光周期白光处理对类胡萝卜素生物合成基因表达的影响gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba(gydF4y2BadgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba(gydF4y2BaegydF4y2Ba),gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba(gydF4y2BafgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba(gydF4y2BaggydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba(gydF4y2BahgydF4y2Ba)存在于未成熟(第S3期)和成熟(第S5期)的越橘果实中。采用qRT-PCR定量分析基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表三个重复的平均值±se。星号表示与各自的对照组(暗处理)在统计学上有显著差异gydF4y2BatgydF4y2Ba以及(gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤0.05)gydF4y2Ba

通过连续白光(24 h)和光周期白光(16/8 h)处理60 h,进一步研究了光周期和光质量对越橘果实类胡萝卜素生物合成的影响。在未成熟的浆果中,连续白光处理显著提高了gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba与黑暗对照和光周期白光下生长的浆果相比(图2)。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba).而是用的表达式gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba在未成熟的浆果中,连续白光处理与光周期白光处理相比没有提高。与光周期白光处理相比,额外的红光/远红光波长对未成熟浆果的基因表达没有显著的提升作用,尽管基因表达略有增加gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba被观察到。在成熟浆果中,与未成熟浆果相比,光对类胡萝卜素生物合成基因的表达有不同的影响,一般来说,连续和光周期白光处理在处理60 h后对类胡萝卜素生物合成基因的表达没有或只有轻微的诱导作用(图2)。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba).而是用的表达式gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba在16/8 h光周期内,在红光/远红光波长增加的成熟浆果中,与所有其他处理相比,的表达式gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba在成熟的浆果中,对处理没有表现出明显的反应。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba
figure6gydF4y2Ba

不同光照条件对类胡萝卜素生物合成基因表达的影响gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba(gydF4y2BacgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba(gydF4y2BadgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba(gydF4y2BaegydF4y2Ba),gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba(gydF4y2BafgydF4y2Ba),gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba(gydF4y2BaggydF4y2Ba),gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba(gydF4y2BahgydF4y2Ba)存在于未成熟(第S3期)和成熟(第S5期)的越橘果实中。采用qRT-PCR定量分析基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表三个重复的平均值±se。用不同字母标记的栏表示统计上的显著差异(gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤0.05,单因素方差分析gydF4y2Ba事后gydF4y2Ba比较)gydF4y2Ba

不同光照条件下越桔果实类胡萝卜素裂解基因的表达gydF4y2Ba

类胡萝卜素裂解基因的表达;gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba之前被隔离的gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba,越桔ABA生物合成的关键基因[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba],在不同光照条件下处理未成熟和成熟越橘果实后,测定其含量。结果表明,16/8 h的光周期白光处理均可诱导这两种裂解基因的表达(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba).与黑暗对照和光周期白光下生长的果实相比,连续白光照射60 h对未成熟果实中卵裂基因的表达有显著的诱导作用(图2)。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba).光周期白光中红光/远红光波长的升高对gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba它也稍微增加了gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba在未成熟的浆果里。在成熟浆果中,60 h白光处理对基因表达没有显著影响,而红光/远红光波长对两个卵裂基因的表达都有显著的诱导作用。gydF4y2Ba

图7gydF4y2Ba
figure7gydF4y2Ba

16/8 h光周期白光处理对类胡萝卜素裂解基因表达的影响gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba)存在于未成熟(第S3期)和成熟(第S5期)的越橘果实中。采用qRT-PCR定量分析基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表三个重复的平均值±se。星号表示与各自的对照组(暗处理)在统计学上有显著差异gydF4y2BatgydF4y2Ba以及(gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤0.05)gydF4y2Ba

图8gydF4y2Ba
figure8gydF4y2Ba

不同光照条件对类胡萝卜素裂解基因表达的影响gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba),gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba(gydF4y2BabgydF4y2Ba)存在于未成熟(第S3期)和成熟(第S5期)的越橘果实中。采用qRT-PCR定量分析基因的相对表达量,归一化为gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba。数值代表三个重复的平均值±se。用不同字母标记的栏表示统计上的显著差异(gydF4y2BaPgydF4y2Ba≤0.05,单因素方差分析gydF4y2Ba事后gydF4y2Ba比较)gydF4y2Ba

不同光照条件下越橘果实类胡萝卜素含量gydF4y2Ba

在每个光照处理开始5天后,分析不同光照条件对类胡萝卜素积累的影响。未成熟浆果的代谢谱显示两者的积累都略有增加gydF4y2BaβgydF4y2Ba分支和gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba-白光照射后的类胡萝卜素(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).增加gydF4y2BaβgydF4y2Ba连续白光处理5天后-胡萝卜素浓度显著高于深色对照。相反,在成熟的浆果中,与黑暗生长的浆果相比,所有光照处理都导致类胡萝卜素含量下降(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).gydF4y2Ba

表2光照条件对类胡萝卜素含量(μg 100 g)的影响gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba越橘果实中的DW)gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

越桔是水果和浆果中类胡萝卜素的良好来源gydF4y2Ba

类胡萝卜素在水果的色质体中积累,但在不同物种之间,甚至在相近品种之间具有不同的轮廓和浓度[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。越桔果实在成熟过程中积累了大量的花青素色素。在果实发育和成熟过程中,类胡萝卜素的生物合成和含量尚未得到较早的评价gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba。目前的研究结果与早期的测量结果一致叶黄素和gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素作为成熟越橘果实中的主要类胡萝卜素[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。我们的研究表明,成熟越桔中的总类胡萝卜素含量高于例如成熟的覆盆子(gydF4y2Ba悬钩子属植物idaeusgydF4y2BaL.),葡萄浆果,草莓(gydF4y2Ba草莓属gydF4y2Ba×gydF4y2BaananassagydF4y2Ba)或商品苹果(gydF4y2Ba马吕斯gydF4y2Ba×gydF4y2Ba有明显gydF4y2Ba)品种[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba表明在水果和浆果中,越桔可以被认为是类胡萝卜素的良好来源。因此,类胡萝卜素除了富含花青素外,还有助于越橘的整体抗氧化能力[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]和适量的抗坏血酸[gydF4y2Ba24gydF4y2Ba)的内容。gydF4y2Ba

越桔果实发育过程中的类胡萝卜素含量是由不同的分子机制决定的gydF4y2Ba

在一些水果中,比如西红柿,gydF4y2Ba柑橘类gydF4y2Ba、红瓤西瓜(gydF4y2BaCitrullus lanatusgydF4y2Ba)及沙棘(gydF4y2Ba沙棘gydF4y2BaL.),类胡萝卜素含量在果实成熟过程中增加,表现为果实成熟时呈现黄色至红色[gydF4y2Ba14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba33gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba,gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。在其他水果中,如草莓、覆盆子、葡萄和苹果,其中红色色素的形成主要是花青素积累的结果,类胡萝卜素含量在果实发育过程中呈下降趋势[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。根据目前的研究结果,越橘属于后一类,在果实发育过程中,其胡萝卜素和叶黄素含量均呈下降趋势。在果实发育过程中检测到的所有类胡萝卜素化合物水平的下降与我们目前研究中显示的在果实成熟过程中类胡萝卜素生物合成基因表达的显著增加并不一致。早期生物合成基因(gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDS, VmZDS, VmCRTISOgydF4y2Ba),产生类胡萝卜素的通量,以及上调gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba同时下调的特定基因gydF4y2BaεgydF4y2Ba,gydF4y2BaβgydF4y2Ba分公司(gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba和gydF4y2BaVmCYP450-BCH)gydF4y2Ba在成熟阶段,指示类胡萝卜素生物合成的方向gydF4y2BaβgydF4y2Ba-在果实成熟时的树枝。然而,没有一种类胡萝卜素化合物gydF4y2BaβgydF4y2Ba-枝在成熟的越桔中积累。这表明在越桔类胡萝卜素代谢的转录调节之外的机制,以及类胡萝卜素化合物从该途径的周转。尽管早期和晚期生物合成基因的表达平衡被描述为许多水果中类胡萝卜素特征的关键决定因素[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba16gydF4y2Ba],而其他因素,如转录后机制及ccd将类胡萝卜素酶降解为类胡萝卜素,也会影响水果中最终的类胡萝卜素含量[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。此外,叶黄素也可以与脂肪酸酯化,如在覆盆子中报道的叶黄素酯[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

酶降解在越桔果实成熟过程中类胡萝卜素含量中的作用gydF4y2Ba

CCD1s是胞质内定位酶,在类胡萝卜素双键裂解形成C中起作用gydF4y2Ba13gydF4y2Ba-和CgydF4y2Ba14gydF4y2Ba-apocarotenoids。这些酶有多种底物,包括CgydF4y2Ba27gydF4y2Ba-类胡萝卜素和CgydF4y2Ba40gydF4y2Ba-类胡萝卜素被CCD1在外质体包膜中获取[gydF4y2Ba38gydF4y2Ba,gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。在本研究中,gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba与其他水果具有高度同一性的gydF4y2BaCCD1gydF4y2Ba从越橘果实中分离到基因,发现其表达在越橘果实成熟开始时上调。高gydF4y2BaCCD1gydF4y2Ba在不同的水果种类中,在果实发育过程中的表达与类胡萝卜素降解和类伪胡萝卜素的形成有关[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。在覆盆子中,类胡萝卜素含量的降低与类胡萝卜素含量的增加平行gydF4y2BaRiCCD1gydF4y2Ba在果实成熟过程中的表达被认为与成熟果实中异常高的类伪胡萝卜素香气挥发物积累有关[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。同样在葡萄果实接近成熟时,表达增多gydF4y2BaVvCCD1,gydF4y2Ba切割多种类胡萝卜素基质,导致CgydF4y2Ba13gydF4y2Ba麝香葡萄和设拉子品种成熟浆果中-异戊二烯类含量[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba,gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。另一方面,在草莓中,上调gydF4y2BaFaCCD1gydF4y2Ba果实成熟时的表达可能与类胡萝卜素含量,尤其是叶黄素含量的同时降低有关[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。因此,结合以往对CCD1在水果中功能的研究,本研究检测到CCD1在水果中的表达上调gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba在成熟的越桔中,可能有降低类胡萝卜素含量的作用,尤其是在成熟的果实中gydF4y2BaβgydF4y2Ba类胡萝卜素途径的一个分支。gydF4y2Ba

在我们早期的研究中,我们展示了另一个著名的CCD成员,gydF4y2BaVmNCED1,gydF4y2Ba编码ABA形成关键酶的基因,在越桔果实发育过程中表达增加,导致果实成熟初期ABA水平升高[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。其他非更年期水果也有类似的观察结果,包括草莓和蓝莓(gydF4y2Ba诉corymbosumgydF4y2Ba),其中ABA的积累被认为是果实成熟和花青素产生的引发剂[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba,gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。抑制gydF4y2BaNCED1gydF4y2Ba阻断ABA代谢通量的表达已被证明会导致番茄中上游类胡萝卜素化合物的积累增加[gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。有可能升高了gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba果实成熟时的表达[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba],增加了紫黄质和新黄质的降解,可以影响成熟越橘果实中的类胡萝卜素组成。由于花青素负责成熟越桔果实的色素沉着,从光合作用的青果到非光合作用的成熟果实的转变很容易涉及到类胡萝卜素的降解和再利用,以形成类胡萝卜素化合物,如ABA和挥发性香气化合物,这些化合物已在成熟越桔中报道[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。然而,其他尚未确定的CCD家族基因也可能参与了越橘类胡萝卜素的降解。gydF4y2Ba

光照对未成熟和成熟浆果类胡萝卜素代谢有不同的影响gydF4y2Ba

除了程序化的发育调节外,光照条件似乎也影响水果组织中类胡萝卜素的生物合成[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。目前的研究结果表明,光照上调了越橘果实中类胡萝卜素途径基因的表达。的表达gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba两种番茄红素环化酶均受到光照刺激。尽管经过60 h的光照处理,类胡萝卜素生物合成基因的转录丰度都显著增加,但在本研究中,经过白光处理的未成熟越桔果实中,类胡萝卜素含量仅略有增加。在成熟浆果中,光处理后类胡萝卜素含量下降,尽管红色波长显示出生物合成基因的表达增加(表1)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba).这种生物合成基因表达与类胡萝卜素含量之间的不一致可能归因于类胡萝卜素的转录后调控或降解。我们目前和以前的研究[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba表明类胡萝卜素的降解与此有关。首先,如前所述,两者的表达式gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba和gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba在成熟的越橘果实中比未成熟的果实中含量更高,这可能解释了成熟果实中类胡萝卜素含量的减少。其次,二者的表达gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba和gydF4y2BaVmNCED1gydF4y2Ba在本研究中发现,光处理也上调了类胡萝卜素,这可能导致更高的类胡萝卜素分解率。的上调gydF4y2BaNCED1gydF4y2Ba早前在成熟的葡萄浆果中有光表达的报道[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba,gydF4y2Ba48gydF4y2Ba也在gydF4y2Ba柑橘类gydF4y2Ba哪里有升高的表情gydF4y2Ba数控gydF4y2Ba3个柑桔品种果肉组织经红光处理后的基因表达[j]。gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。白光、红光或红/远红光短时间处理均上调gydF4y2BaPhCCD1gydF4y2Ba表情也在黑暗中适应gydF4y2Ba佩妮gydF4y2Ba花通过光敏色素不依赖的方式,导致高挥发性排放[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba]。对于越橘果实,我们的研究结果表明,尽管在高光条件下,代谢产物定向到类胡萝卜素途径的通量更高,但由于类胡萝卜素裂解反应的增加,类胡萝卜素含量降低。gydF4y2Ba

一些早期的报道表明,光质量,特别是红光波长影响水果中类胡萝卜素的生物合成。在番茄收获后的研究中,红光处理被证明可以增加果实中番茄红素的含量[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。在gydF4y2Ba柑橘类gydF4y2Ba,红光处理对类胡萝卜素生物合成和含量的影响具有品种依赖性[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。我们的研究结果表明,类胡萝卜素生物合成的上调是对红光的反应,这与这些研究一致。有趣的是,我们发现光质量对类胡萝卜素生物合成基因和卵裂基因表达的影响与果实发育阶段有关。在未成熟果实中,所有的光处理均诱导了类胡萝卜素生物合成和裂解基因的表达,而在成熟果实中只有红光/远红光波长有诱导作用。不同发育阶段光质量对类胡萝卜素代谢的差异影响可能与未成熟果实叶绿体和成熟果实叶绿体对类胡萝卜素生物合成的调控差异有关。与叶绿体不同,色质体中的类胡萝卜素含量和组成在不同品种和品种之间差异很大。红光可能对接近成熟的水果的代谢有特殊的作用。在番茄成熟过程中,通过果皮组织的红光量增加了四倍[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。因此,检测到的光质量差异效应也可能是成熟水果表皮中存在的色素吸收某些波长光的结果,例如成熟越桔中的花青素。支持这一假设的是,研究表明花青素在叶组织中强烈吸收600 nm以下的波长[gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。红光对成熟浆果组织和类胡萝卜素代谢的特殊作用得到了Kondo等人的研究支持。[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba在葡萄浆果中。他们发现,特别是给予成熟浆果的红光会诱导基因的表达gydF4y2BaVvNCED1gydF4y2Ba植物激素ABA的形成也导致了较高的花青素浓度。在非更年期葡萄浆果中,ABA被认为是类似的gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba浆果,作为催熟和花青素生物合成的引发剂。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

这是关于类胡萝卜素代谢及其调控的第一份报告gydF4y2BaVaccinium,gydF4y2Ba它以花青素和抗氧化活性高著称。结果表明,在水果和浆果中,越桔是类胡萝卜素的较好来源,类胡萝卜素也有助于浆果的整体抗氧化活性。在越桔果实发育过程中,类胡萝卜素含量与相关生物合成基因表达不一致,表明在越桔成熟过程中,类胡萝卜素向类胡萝卜素分裂。作为一种非更年期水果,果实成熟初期ABA形成的增加可以促进蔓越莓类胡萝卜素的快速转化。此外,光可以上调类胡萝卜素的生物合成和卵裂基因,但只有红光/远红光波长在成熟的越橘果实中起作用。我们的研究结果表明,在成熟的越桔中,红光波长特异性地诱导了类胡萝卜素代谢基因的表达,这些基因与类胡萝卜素的形成有关。这是否会对越桔的风味特性产生影响,还需要进一步的研究。红光波长是否能诱导黄酮类生物合成基因在成熟植株中的表达,也有待研究gydF4y2BaVacciniumgydF4y2Ba通过ABA调控gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

植物材料和处理gydF4y2Ba

所有用于实验的植物材料均来自芬兰奥卢(65°01 ' N, 25°28 ' E)的天然林林分。所有材料取样均按照国家规定进行。越桔的五个发育阶段(gydF4y2BaVaccinium myrtillusgydF4y2BaL.)果实(图;gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba)于2011年6月至8月收集。果实发育阶段为S1, 6月7日采花gydF4y2BathgydF4y2Ba(开花期);S2,未成熟的小青果(花后15天);S3,大的未成熟的绿色果实在着色开始前(花后28天);S4,紫色果实成熟(花后34天),S5,完全成熟的蓝色果实(花后55天),如前所述[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。采集后立即将所有样品冷冻于液氮中,保存于- 80°C,用于RNA提取和类胡萝卜素的测定。gydF4y2Ba

为了研究光照条件对类胡萝卜素代谢的影响,对结果的越橘植株施加不同的光照处理:光周期16/8 h(光/暗)白光、连续白光(24 h)和光周期16/8 h(光/暗)白光,增强红光和远红光波长。对照植物被置于持续的黑暗中。在两个不同的果实发育阶段,对3个重复的越桔进行光照处理;生S3期(6月13日采)gydF4y2BathgydF4y2Ba, 2013年)或S5成熟期(收集于7月3日)gydF4y2Ba理查德·道金斯gydF4y2Ba, 2013)。在每个单独的实验中,越桔首先在黑暗中保存24小时,然后在不同的光处理下暴露5天。在光照处理期间,将越桔置于VP3411 M16发光二极管(LED)灯下(Valopaa, Oulu, Finland),并以连续或光周期白光(400-800 nm;额外的文件gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).额外的红光到远红光(600-800 nm)由VP3411 M16 led灯和Ecoline R7s卤素灯(欧司朗,万塔,芬兰)结合使用,由Lucite Abmer 300透明复合滤光片过滤gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).USB RAD+光谱辐射计(Ocean Optics Inc., Dunedin, FL, USA)测得的光强为152 μmol mgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在200 μmol m白光处理下gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在白光+红光/远红光处理下。白光+红光/远红光处理中光强的增加完全是由于红光到远红光波长的增加(附加文件)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba).在白光处理下,红光/远红光比为8.9,在白光补充红光与远红光后,红光/远红光比为1.5。整个实验过程中,生长室内温度保持在20-21℃。在光处理开始后0、12、36和60 h收集浆果样品进行基因表达分析,在第5天(116 h)收集浆果样品进行类胡萝卜素分析。切除后立即将所有浆果样品冷冻于液氮中,保存于- 80°C,待用于RNA提取和类胡萝卜素的测定。该植物材料由Marian Sarala博士鉴定,代金券样品保存在芬兰奥卢大学遗传与生理学部门。gydF4y2Ba

RNA的分离和cDNA的制备gydF4y2Ba

从样品中提取总RNA,方法为越橘[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]。根据说明书,利用SuperScript III逆转录酶(Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)从总RNA合成cDNA。利用Jaakola等人描述的方法从污染的基因组DNA中纯化cDNA。gydF4y2Ba55gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成基因的分离gydF4y2Ba

类胡萝卜素生物合成关键基因植物烯合成酶(gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba)、植物烯去饱和酶(gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba),gydF4y2BaζgydF4y2Ba-胡萝卜素去饱和酶(gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba)、类胡萝卜素异构酶(gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba),番茄红素gydF4y2BaβgydF4y2Ba环化酶(gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba),番茄红素gydF4y2BaεgydF4y2Ba环化酶(gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba),gydF4y2BaβgydF4y2Ba-胡萝卜素羟化酶(gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba)和类胡萝卜素gydF4y2BaβgydF4y2Ba细胞色素P450家族-环羟化酶(gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba)以及类胡萝卜素裂解双加氧酶1类(gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba),用基因特异性引物从浆果cDNA中获得gydF4y2Ba诉corymbosumgydF4y2Ba转录组数据库[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba]。采用DyNazyme™II DNA聚合酶(Finnzymes, Espoo, Finland)进行pcr反应。扩增的PCR产物使用蒙太奇®DNA凝胶提取试剂盒(Millipore, Bedford, MA, USA)进行凝胶纯化。将纯化的PCR产物连接到pGEM-T Easy载体(Promega, Madison, WI, USA)上,使用ABI 3730 DNA测序仪(Applied Biosystems, Foster City, CA, USA)和BigDye终结者周期测序试剂盒(Applied Biosystems)进行测序。gydF4y2Ba

基因表达的相对定量gydF4y2Ba

采用LightCycler 480仪器和软件(Roche Applied Sciences, Indianapolis, IN, USA)进行实时定量反转录PCR (qRT-PCR)分析。越橘类胡萝卜素生物合成基因的转录丰度(gydF4y2BaVmPSYgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmPDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmZDSgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCRTISOgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYBgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmLCYEgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmBCHgydF4y2Ba,gydF4y2BaVmCYP450-BCHgydF4y2Ba)和卵裂基因(gydF4y2BaVmCCD1gydF4y2Ba,gydF4y2BaVmNCED1;gydF4y2BaGenBank登记号JX982599)采用LightCycler®SYBR Green I Master qPCR试剂盒(Roche)检测。qRT-PCR条件为95°C初始孵育10 min,然后95°C 10 s, 60°C 20 s, 72°C 10 s的45个循环。用于qRT-PCR分析的基因特异性引物序列如表所示gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba。甘油醛-3-磷酸脱氢酶gydF4y2BaVmGAPDHgydF4y2Ba;GenBank登记号以AY123769为内参基因,对PCR产物进行相对定量分析。使用LightCycler®480软件(Roche)计算结果,采用校准器归一化PCR效率校正方法(技术说明:LC 13/2001, Roche)。通过熔化曲线分析和测序,证实了qRT-PCR中只有一个产物扩增。gydF4y2Ba

表3用于qRT-PCR分析的基因特异性引物gydF4y2Ba

类胡萝卜素分析gydF4y2Ba

类胡萝卜素采用前面描述的方法提取[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba稍加修改。冻干的花朵和浆果在液氮的作用下用研钵和杵磨成细粉。每种样品各取50毫克与6%甲醇KOH混合,在室温下剧烈旋转,孵育2.5小时。用1ml己烷提取2次类胡萝卜素,离心蒸发干燥。干燥后的残留物在- 20℃下保存,用50 μl乙酸乙酯溶解。所有的步骤都尽可能在冰面上进行,并且避光以防止类胡萝卜素降解。gydF4y2Ba

根据Fraser等人的方法进行hplc分析。[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba],使用配备反相C的1290 Agilent UPLCgydF4y2Ba30.gydF4y2Ba柱(250 × 2.1 mm), 3 μm粒度耦合到CgydF4y2Ba30.gydF4y2Ba20 × 4.6 mm护柱(YMC Inc., Wilmington, NC, USA)。流动相为甲醇(A)和叔甲基丁基醚(含5%的水/甲醇(20/80 v/v)和0.2% (w/v)乙酸铵(B))。梯度洗脱为100% A、0% B,初始6 min等压洗脱,7 min逐步洗脱至82.5% A和17.5% B,维持5 min,然后线性梯度洗脱至32.5% A和67.5% B,洗脱时间为32 min。保持14分钟。调节阶段(48-60分钟)使色谱柱恢复到A和b的初始浓度。流速0.21 ml / mingydF4y2Ba−1gydF4y2Ba注射量为3 μl。在200 ~ 600 nm范围内连续监测洗脱液,获得DAD(二极管阵列检测器)信号。胡萝卜素和叶黄素在450nm波长处根据每个峰的面积进行定量。单个化合物的定量采用外部标准校准曲线,采用各自的标准和Wehrens等人开发的脚本。[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

统计分析gydF4y2Ba

基因表达和代谢物分析的定量结果以至少三个生物重复的平均值±se表示。光照条件对基因表达和类胡萝卜素含量的影响进行了分析gydF4y2BatgydF4y2Ba-使用SPSS统计程序,版本22 (IBM, New York, NY, USA)进行检验或单因素方差分析(ANOVA),然后进行Tukey的HSD检验(或者在方差的同质性假设不满足的情况下,进行Games-Howell检验)。gydF4y2Ba

道德和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

数据和材料的可用性gydF4y2Ba

支持本文结果的数据集包含在本文及其附加文件中。得到的越橘序列全部存入GenBank数据库,入库号见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

缩写gydF4y2Ba

阿坝:gydF4y2Ba

脱落酸gydF4y2Ba

BCH:gydF4y2Ba

βgydF4y2Ba胡萝卜素羟化酶gydF4y2Ba

CCD:gydF4y2Ba

类胡萝卜素裂解双加氧酶gydF4y2Ba

CRTISO:gydF4y2Ba

类胡萝卜素异构酶gydF4y2Ba

CYP450-BCH:gydF4y2Ba

类胡萝卜素gydF4y2BaβgydF4y2Ba细胞色素P450家族-环羟化酶gydF4y2Ba

LCYB:gydF4y2Ba

番茄红素gydF4y2BaβgydF4y2Ba环化酶gydF4y2Ba

LCYE:gydF4y2Ba

番茄红素gydF4y2BaεgydF4y2Ba环化酶gydF4y2Ba

nc:gydF4y2Ba

9 -gydF4y2Ba独联体gydF4y2Ba-epoxycarotenoid加双氧酶gydF4y2Ba

PDS:gydF4y2Ba

八氢番茄红素desaturasegydF4y2Ba

小组:gydF4y2Ba

八氢番茄红素合成酶gydF4y2Ba

存在:gydF4y2Ba

实时定量反转录PCRgydF4y2Ba

ZDS:gydF4y2Ba

ζgydF4y2Ba胡萝卜素desaturasegydF4y2Ba

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下载参考gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

我们感谢马蒂·劳曼为建立照明系统所做的贡献。我们还要感谢Domenico Masuero (Edmund Mach Foundation)对类胡萝卜素分析的帮助。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

本研究由通力基金会(对LJ),成本行动FA1006 (PlantEngine)中的STSM(短期科学计划)计划和芬兰植物科学博士课程(对LZ)提供资金支持。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba劳拉JaakolagydF4y2Ba。gydF4y2Ba

额外的信息gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者宣称他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

实验采用KK、MS和LJ设计。用KK、MS、JH和HM进行表达分析。用LZ、EC和SM进行代谢分析。KK, LZ和LJ负责撰写稿件,MS, HH, SM和EC贡献。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。gydF4y2Ba

额外的文件gydF4y2Ba

附加文件1:gydF4y2Ba

越橘果实的光处理光谱。(PDF 27kb)gydF4y2Ba

权利和权限gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文遵循知识共享署名4.0国际许可协议(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba),它允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是您要适当地注明原作者和来源,提供到知识共享许可协议的链接,并注明是否进行了修改。创作共用公共领域免责声明(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)适用于本文中提供的数据,除非另有说明。gydF4y2Ba

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引用本文gydF4y2Ba

Karppinen, K, Zoratti, L, Sarala, M。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba越桔(gydF4y2BaVaccinium myrtillusgydF4y2BaL.不同光照条件下果实发育受生物合成和降解调控。gydF4y2BaBMC Plant BiolgydF4y2Ba16,gydF4y2Ba95(2016)。https://doi.org/10.1186/s12870-016-0785-5gydF4y2Ba

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关键字gydF4y2Ba

  • VacciniumgydF4y2Ba
  • 类胡萝卜素生物合成gydF4y2Ba
  • 浆果成熟gydF4y2Ba
  • 叶黄素gydF4y2Ba
  • β-胡萝卜素gydF4y2Ba
  • 基因表达gydF4y2Ba
  • 红灯gydF4y2Ba