葡萄果实莽草酸途径对紫外诱导多酚合成的响应机制

植物莽草酸途径介导了光合碳从初生代谢向次生代谢的流动，多酚代谢是莽草酸途径下游的一个分支，大量研究已经证实紫外照射可诱导果实多酚代谢关键酶基因的表达，从而促进酚类物质的合成，但紫外光如何调节底物供应链上游的莽草酸途径迄今未见报道。本项目拟以不同发育期的酿酒葡萄果实为试材，从模拟紫外增强和紫外滤减两个方面，研究不同类型紫外光对莽草酸途径关键酶（DAHPS、EPSPS和CS）和进入多酚代谢支路的关键酶（CM、PAL和CHS）的基因在转录、翻译和酶活水平上表达的影响及其与酚类物质合成的关系，分析莽草酸途径中响应紫外的基因启动子区的顺式元件及其功能，从中阐明莽草酸途径对紫外诱导的响应机制。本项目的完成，将从底物供应链上各途径协同作用的角度，揭示调控葡萄酚类物质合成的机理，为后续开展环境因子调控果实品质形成的信号传导机制的深入研究奠定一定的理论基础，并为葡萄的区域化和优质化栽培提供科学依据。

植物莽草酸途径介导了同化碳从初生代谢流向次生代谢，类黄酮代谢是莽草酸途径下游的一个重要分支，大量研究已经证实紫外光可以调节葡萄果实类黄酮代谢关键基因表达，从而影响酚类物质合成，但紫外光是否影响以及如何调节底物供应链上游的莽草酸途径迄今未见报道。本项目从紫外增强及紫外滤减两个方面，研究了葡萄果实莽草酸途径和类黄酮代谢对紫外光的响应机制及对类黄酮物质积累的影响，并探讨了莽草酸途径对紫外光响应机制。主要成果包括：（1）葡萄果实莽草酸途径七个酶基因在转录水平上对紫外光诱导的响应不是同步的，且有照射剂量依赖性，适量紫外照射可上调基因表达，而过量照射反而抑制基因表达；三种类型紫外线对莽草酸途径入口酶基因VvDHAPS-1和VvDHAPS-2诱导效应最为显著，随紫外波长减小，这两个基因受诱导表达的量有所下降；（2）随果实成熟，VvDAHPS-1和VvDAHPS-2响应紫外诱导的效应增强；但加强UV-A照射并不能促进果实花色苷积累，UV-B和UV-C照射均可促进各类花色苷增加，UV-C促进作用比UV-B更明显；（3）整个生长期紫外滤减将导致成熟果实中花色苷和黄酮醇含量显著降低，且F3’H支路产生槲皮素类物质和花青素类糖苷下降幅度要大于F3’5’H支路的杨梅酮类物质和花翠素类糖苷；（4）在转色之前，紫外滤减提高了莽草酸途径，但抑制了黄烷醇物质合成，转色后期，紫外滤减抑制莽草酸途径及花色苷和黄酮醇合成，对F3’H支路的黄酮醇和花色苷抑制效应大于F3’5’H支路；（5）VvDAHPS三个同工酶基因启动子序列除了包含与环境胁迫相关元件和激素响应元件之外，还含有MYB、WRKY等转录因子结合位点；UV-B和UV-C照射明显提高VvDAHPS-1和VvDAHPS-2启动子活性，而启动子对UV-A诱导响应较小；（6）海拔高度相差较大地区，日照中紫外光强度差异较大，较高海拔地区生长的葡萄果实各类花色苷含量和黄酮醇都显著较高，尤其是花青素类花色苷；而黄烷醇类合成主要向F3’5’H加强。（7）避雨棚对紫外光有过滤作用，转色初期，避雨栽培果实类黄酮含量均低于露地栽培，但成熟期，这些类黄酮物质含量均显著高于露地栽培下生长的果实。这些研究结果为后续深入开展环境因子调控酿酒葡萄果实品质形成的信号传导机制的研究奠定了重要的理论基础。