新型種間雜交南瓜自交系淀粉和類胡蘿卜素合成的分子與生理機(jī)制研究.pdf

1、葫蘆科作物是世界范圍內(nèi)最重要的十種蔬菜作物之一。中國是南瓜生產(chǎn)第一大國．2009年產(chǎn)量為6，506，966噸。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，南瓜生產(chǎn)已逐漸從數(shù)量型向質(zhì)量型過渡，對(duì)優(yōu)質(zhì)品種的需求日益增加。消費(fèi)者對(duì)果實(shí)的口感以及安全性、營養(yǎng)價(jià)值等有越來越高的要求。提高果實(shí)品質(zhì)是現(xiàn)在南瓜育種工作者的主要目標(biāo)。
　　 南瓜的品質(zhì)主要包括:果肉顏色、質(zhì)地以及甜度等。不同的人群對(duì)南瓜果肉質(zhì)地的喜好不盡相同。中國南瓜（C.moschat

2、a)含水量高，干物質(zhì)的量大概在10-15％．然而由于較低的干物質(zhì)的量使得很多現(xiàn)在的雜交南瓜品質(zhì)低下。印度南瓜（C.maxima)因富舍較高的干物質(zhì)量（大概為20-33％）和較高的品質(zhì)，因而在許多亞洲中部和南部國家廣受歡迎。南瓜中淀粉和糖舍量的變化導(dǎo)致干物質(zhì)的量不盡相同，而淀粉舍量可以直接影響到南瓜的品質(zhì)。因此在考慮果實(shí)品質(zhì)時(shí)，淀粉舍量和其理化性質(zhì)可以作為重要的理化指標(biāo)。
　　 除了碳水化合物，決定南瓜營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素還有類胡蘿

3、卜素含量的高低。南瓜作物是重要的飲食材料，同時(shí)能在一定程度上改善發(fā)展中國家營養(yǎng)缺乏的問題。南瓜果肉顏色豐膏，消費(fèi)者對(duì)果肉顏色的喜好不同?？偟念惡}卜素的舍量與果肉顏色有著正相關(guān)性。研究表明果肉具有較深的顏色也是高品質(zhì)南瓜的特征之一。因此，由于淀粉和類胡蘿卜素的重要性，研究它們的合成調(diào)控機(jī)制對(duì)于南瓜的高營養(yǎng)品質(zhì)育種策略具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 葫蘆科作物的雜交育種是提高果實(shí)品質(zhì)的一種有效途徑。本研究實(shí)驗(yàn)材料為南瓜種間自交系，此材

4、料通過C.maxima和C.moschata種間雜交、回交和自交獲得，命名為“Maxchata”。本研究的主要目標(biāo)是明確種間自交系及父母本的果實(shí)質(zhì)地和果肉顏色差異的機(jī)制。
　　 首先，對(duì)父母本和種間自交系的果肉顆粒形態(tài)、干重、直鏈淀粉和總淀粉舍量進(jìn)行了研究。此外，對(duì)生的和煮熟南瓜的口感、烹飪屬性和紋理特征進(jìn)行了觀察。通過掃描電子顯徼鏡觀察發(fā)現(xiàn)三個(gè)材料的顆粒均表現(xiàn)為表明欠光滑．多為球形、多面體和圓形的復(fù)合物，顆粒大小從1μm到17

5、μm不等。C.maxima的顆粒大于C.moschata和“Maxchata1”。 C.maxima和“Maxchata1”的干重和淀粉含量顯著高于C.moschata。干重、直鏈淀粉和總淀粉的含量和果實(shí)的粉性成正相關(guān)。對(duì)于烹飪屬性，粉性較高的C.maxima和“Maxchata1”較之粉性較低的C.moschata表現(xiàn)為較長的烹飪時(shí)間和較高的硬度。此外．在烹飪過程中C.maxima和“Maxchata1”比C.moschata有較高的

6、固體損失和吸水值。生的和煮熟的C.maxima和“Maxchata1”的高粉性、干重、淀粉含量與其具有較高的TPA參數(shù)包括分段能力、硬度、附著力、彈性、筋道等相關(guān)。
　　 為了進(jìn)一步深入了解淀粉以及類胡蘿卜素的合成在南瓜果實(shí)發(fā)育中調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，我們從C.moschata.中克隆了相關(guān)基因PSY1, PDS, ZDS, CHYB, LCYB, ZEP,GBSS的全長序列，及LCYE, CCD, AGPaseL，SSII, SBEII，

7、ISA1的部分序列。
　　 序列比對(duì)顯示克隆到以上基因的序列與相應(yīng)的同源基因的保守結(jié)構(gòu)域有高度的同源性。為了進(jìn)一步研究南瓜果實(shí)發(fā)育過程中淀粉和類胡蘿卜素積累相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)理，對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行了克隆和表達(dá)分析。
　　 其次．接下來對(duì)兩個(gè)不同種及其種間自交系南瓜果實(shí)發(fā)育過程中淀粉積累和淀粉相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控進(jìn)行了研究。對(duì)C.maxima、C.moschata和“Maxchata”果實(shí)發(fā)育不同階段的干重和淀粉組成進(jìn)行了

8、研究。此外，對(duì)南瓜果實(shí)發(fā)育過程中淀粉合成相關(guān)的5條基因進(jìn)行了克隆以及通過RT-PCR進(jìn)行了表達(dá)研究。這兩個(gè)不同種及其種間自交系南瓜的淀粉組成和調(diào)控機(jī)理具有顯著差異。與其他兩個(gè)材料相比．C.moschata具有較低的總淀粉含量和較低的AGPaseL基因表達(dá)水平。在成熟的果實(shí)中C.maxima和Maxchata的淀粉含量差異不顯著。AGPaseL基因的高表達(dá)導(dǎo)致較高的淀粉積累。然而，在“Maxchata”中表現(xiàn)為果實(shí)發(fā)育早期具有較高的AGP

9、aseL基因表達(dá)從而導(dǎo)致淀粉的快速積累。類似的，C.maxima和“Maxchata”中GBSSI基因具有較高的表達(dá)水平，與直鏈淀粉積累水平呈正相關(guān)。相反，與支鏈淀粉合成相關(guān)的SSⅡ、SBEⅡ和ISA(I)基因在果實(shí)發(fā)育后期表達(dá)較高，在三個(gè)材料中表達(dá)差異不顯著。
　　 最后，我們研究了南瓜果實(shí)的類胡蘿卜素的組成及其相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控水平。對(duì)C.maxima、C.moschata和兩個(gè)種間雜交系“Maxchata1”和“Maxch

10、ata2”果實(shí)發(fā)育過程中類胡蘿卜素的水平和組成以及類胡蘿卜素合成過程中8個(gè)相關(guān)基因的表達(dá)水平進(jìn)行了比較研究。研究表明，兩個(gè)南瓜種及其種間雜交種具有不同的類胡蘿卜素含量和調(diào)控水平。 C.moschata舍有最低的類胡蘿卜素含量，且主要為α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素．果肉表現(xiàn)為淺橙色，低含量的類胡蘿卜素含量與該材料中類胡蘿卜素合成相關(guān)基因的表達(dá)水平較低有關(guān)，尤其是PSY1基因。 C.maxima中最主要的類胡蘿卜素是堇菜黃質(zhì)和葉黃素，相應(yīng)的成

11、熟果肉顏色為黃色。在C.maxima果實(shí)成熟過程中CHYB和ZEP基因可能導(dǎo)致相似的堇菜黃質(zhì)和葉黃素積累水平。相反，它們的種間雜交種主要積累葉黃素和β-胡蘿卜素，果肉顏色為橙色。在“Maxchata”中PSY1基因在果實(shí)發(fā)育早期具有較高的表達(dá)水平，這可能與其具有高含量的類胡蘿卜素有關(guān)。相似地．CHYB基因的高表達(dá)可能與種間雜交材料中高含量的葉黃素有關(guān)。然而，此研究不能從基因表達(dá)水平解釋?duì)?胡蘿卜素的積累。
　　 本研究有助于解釋