根域限制对鲜食和酿酒葡萄果皮花色苷生物合成的转录调控研究

Color is the main organoleptic quality influencing the value of table and wine grapes, which was determined by the content and composition of anthocyanins in the skin. Root restriction, a novel technology, had been popularized and applied in viticulture in many regions in China recently. There are many advantages in applying this technology and the most outstanding one is improving fruit quality. Root restriction can not only increase the anthocyanin content by about 1-2 folds in the skin of table grapes, but also can change the anthocyanin composition. However, its influence to anthocyanin accumulation and composition in wine grapes is still unknown. Besides, the transcriptional regulation of root restriction on anthocyanin biosynthesis is unclear either. Therefore, we plan to analyze the transcriptional regulation of root restriction on all the structural and regulatory genes in the anthocyanin synthesis pathway based on the grape EST systematically. The study aims to discuss when and to what extent root restriction affect the biosynthesis of anthocyanins in the developmental stages, and to clarify the transcriptional mechanism. The expected results could enrich the theory of anthocyanin biosynthesis regulation in grape, and could improve the availability of artificially regulate the biosynthesis of anthocyanin in both table and wine grapes.

葡萄果皮色泽由花色苷含量和种类决定，是葡萄果实重要的感官品质之一，在很大程度上决定着鲜食葡萄的市场价值和酿酒葡萄的酿酒潜质。根域限制是近年来在全国大面积推广应用的一项果树栽培新技术，具有很多优点，其中最显著的就是能有效提高果实品质，使鲜食葡萄果皮花色苷总量比对照提高1-2倍，并改变花色苷的组成，但其对酿酒葡萄花色苷含量和组成的影响还不清楚，根域限制影响花色苷生物合成的分子机制亦未明确。本项目拟基于已有葡萄EST，分析根域限制对鲜食和酿酒葡萄花色苷生物合成过程所有结构基因以及相关调节基因的转录表达的影响，系统探讨根域限制主要在果实发育的哪些阶段影响花色苷生物合成，阐明根域限制促进果皮花色苷合成和修饰的分子机制。研究结果可以丰富葡萄花色苷生物合成调控的理论，为实现人为调控鲜食和酿酒葡萄花色苷的合成提供理论基础。

为了弄清楚根域限制对葡萄果皮花色苷含量和组成的影响以及根域限制影响花色苷生物合成的分子机制，本研究采用HPLC/MSD-ESI-MS方法测定转色期开始至成熟期果皮花色苷的组成和含量，采用实时定量PCR技术分析根域限制对果实发育过程中花色苷合成途径相关的关键结构基因和4个调节基因转录表达的影响。研究结果表明：.1. 根域限制栽培下树体生长受到抑制，而果实生长自转色期开始高于对照，果实品质显著提高，可溶性固形物、pH、糖酸比增加，糖含量也提高。.2. 根域限制栽培下花色苷的合成早于对照，成熟期花色苷的总含量和各类花色苷的含量均显著高于对照。根域限制下检测到的花色苷的种类也多于对照。.3. 根域限制影响了葡萄果皮中不同花色苷结构修饰种类及其比例。根域限制提高葡萄果皮中3'5'-取代类花色苷衍生物的比例；甲基化类花色苷衍生物的比例在‘美乐’葡萄和‘巨峰’葡萄中相差不大，但是根域限制栽培的‘美乐’葡萄在成熟后期果皮中甲基化花色苷的比例明显高于对照，而‘巨峰’葡萄果皮中甲基化修饰的花色苷比例未受到根域限制的影响。根域限制对花色苷酰基化结构修饰的影响在‘巨峰’和‘美乐’葡萄中是不同的，‘根域限制增加了‘巨峰’葡萄香豆酰化类花色苷衍生物的比例，降低了未酰基化和乙酰化类花色苷衍生物的比例，对于‘美乐’葡萄根域限制却降低了香豆酰化类花色苷衍生物的比例。.4. 根域限制上调了‘巨峰’葡萄果皮花色苷合成途径的关键酶结构基因PAL、4CL、CHS2、CHS3、CHI1、F3Hs、DFR、LDOX和调节基因VlmybA1-1、VvmybA1的转录表达（整个或部分果实采样期）。这些基因的上调作用与根域限制下葡萄花色苷整体合成水平的提高有关。根域限制下F3'H、F3'5'H的转录表达上调，尤其是F3'5'H的上调表达显著。3GT的转录表达在根域限制栽培的葡萄中均为上调表达。5GT的表达在‘巨峰’葡萄果实整个发育期均为上调表达， ‘巨峰’葡萄OMT的上调作用主要发生在转色后至成熟期，这些基因的不同上调表达作用与花色苷的整体合成水平提高有关，也与其编码的酶催化形成的花色苷结构修饰种类有关。