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科研成果

CombinedMetaboliteandTranscriptomeProfilingRevealsthe

NorisoprenoidResponsesinGrapeBerriestoAbscisicAcidandSyntheticAuxin

代谢组和转录组联合分析揭示葡萄果实中降异戊二烯类物质对脱落酸和类生长素的响应

期刊：InternationalJournalofMolecularSciences

发表时间：.01.27

研究背景

脱落酸和生长素对葡萄发育和成熟具有重要的调节作用，并且脱落酸含量的升高和生长素含量的降低是葡萄果实成熟开始的重要标志之一。降异戊二烯类物质也是在这一葡萄成熟的关键时期-转色期开始大量积累。目前，已经有大量研究发现脱落酸和生长素对葡萄果实成熟进程、果实软化、花色苷合成、着色一致性等存在调控作用，但其对香气合成积累的调控仍知之甚少。本研究通过在葡萄转色期前喷施脱落酸和生长素类似物萘乙酸，目的是探究脱落酸和萘乙酸调控降异戊二烯类物质合成的机制。

研究方法

1.试验材料

本实验于年和年在山西省晋中市太谷县（37°42′N,°55′E）果树研究所酿酒葡萄育种圃进行。实验以赤霞珠(VistisviniferaL.cv.CabernetSauvignon）葡萄果实为试材，葡萄树体定植于年，行向为南北行向，树距80cm，行距2.5m，整形方式为"厂字形"。

2.试验处理

实验采取随机区组设计，实验行去掉行两端各10m植株排除边际效应。每种处理三个生物学重复，每个生物学重复包含50株葡萄。年，在葡萄果实转色前（花后第7周，E-L33）采样，然后立即喷施含有0.05%吐温（v/v）的mg/L、mg/L的脱落酸（ABA）溶液与浓度为mg/L的萘乙酸（NAA）溶液，0.05%吐温水溶液（v/v）作为对照组;年，在上一年试验的基础上，在葡萄果实转色前（花后第8周，E-L33）采样，然后立即喷施0.05%吐温（v/v）的mg/L和mg/L的ABA。喷施实验选择太阳落山后对进行，以避免溶液的快速蒸发。两年喷施喷施状态均为阴阳面、上下、左右均有液体从果穗滴下为止，待果穗上的溶液自然风干后再喷施一次。整个发育期共5个采样点：喷施前绿果期（E-L33）、葡萄果实开始变软（E-L34）、葡萄转色期（E-L35）、葡萄果实中等糖度（E-L36）以及采收期（E-L38）。每种处理每个生物学重复在各采样点，按照在每穗果实上、中、下位置随机采样，挑选果粒大小一致、无损伤、无病害的葡萄果实粒，其中50粒新鲜葡萄果实用于测定葡萄果实的理化指标，其余样品立即用液氮速冻，放入-80℃冰箱里保存，留待后续分析。

研究结果

(1)喷施脱落酸和萘乙酸对葡萄果实发育和成熟的影响

本研究是通过分析喷施脱落酸和萘乙酸对总可溶性固形物（totalsolublesolids,TSS）和可滴定酸（titratableacidity,TA）含量、内源激素合成积累和信号传导、已鉴定的葡萄‘成熟开关基因’表达的影响来阐述ABA和NAA对葡萄果实发育和成熟的调控作用。结果表明，和年喷施不同浓度的ABA和ABA均加快了TSS的积累和TA的下降，使葡萄果实提前到达成熟。相反，低浓度的NAA处理显著延缓了TSS的积累和TA的下降，推迟了葡萄果实发育进程（图1）。

Figure1.Totalsolublesolidsandtitratableacidityintwoconsecutiveseasons.Thedifferentshaperepresentsthephenologicalstage:square(E-L33stage),bigcircle(E-L34stage),triangle(E-L35stage),rhombus(E-L36stage),smallcircle(E-L38stage).Thelinesofgreen,lightpurple,purpleandlightgreenrepresentControl,mg/Labscisicacid(ABA)(ABA),mg/LABA(ABA),andmg/Lsyntheticauxin1-naphthaleneaceticacid(NAA)(NAA),respectively.Barsrepresent±standarddeviation.

喷施了ABA和ABA的葡萄果实内源ABA含量在E-L34发育期快速上升，而NAA则处理抑制了果实中内源ABA的积累（图2A）。转录组数据表明，ABA合成关键基因VviNCED1、VviNCED2、VviNCED3在喷施ABA的葡萄果实中显著上调，而NAA喷施处理显著抑制了这些VviNCEDs的表达（图2B）。另外，与内源ABA不同，所有样品中葡萄果实中生长素吲哚乙酸（indole-3-aceticacid，IAA）的含量都处于较低的水平。总体而言，ABA和NAA喷施对内源IAA的含量并没有显著的影响，仅在E-L36发育期，ABA处理的葡萄果实中IAA含量低于对照组。分析IAA合成相关基因的表达发现，ABA处理分别在E-L35和E-L38发育期抑制了色氨酸转氨酶基因和VviYUC的表达（图2C）。NAA处理的葡萄果实中VviTAR1，VviTAR3和VviYUC10的表达量分别在E-L34、E-L36和E-L38发育期显著低于对照组。另外，NAA处理在E-L36发育期显著提高了VviYUC6的表达量。

Figure2.EffectsofABAandNAAonhormoneaccumulationandrelatedgeneexpressionduringberrydevelopmentandripening.(A)ConcentrationsofendogenousABAandindole-3-aceticacidprotein(IAA)fromE-L33toE-L36stage.Barsrepresent±SEanddifferentlettersindicatesignificantdifferences(p=0.05).(B)PathwayanalysisofgenesinvolvedinABAandnorisoprenoidbiosynthesis.Purpleandredboxesindicatedownregulatedandupregulatedgenes,thecolorsoftheboxesrepresenttheintensityoftheexpressionfoldchanges(log2).Geneswithsignificantexpressionchanges