中国野生毛葡萄浆果中特异品质基因及其功能研究

Resveratrol in grapevine berry, can enhance plant disease resistance to various pahtogens, yet also shows significant effects including anti-cancer, anti-tumor, prevention of cardiovascular disease and neuroprotective properties. We previously measured the expression products of stilbene synthase from Chinese wild Vitis and particularly in Vitis quinquangularis Rehd. accession Danfeng-2.Our results indicated that Danfeng-2 contains high-content resveratrol in its mature berry. More recently, we isolated 41 stilbene synthase genes from Danfeng-2 and preliminarily displayed significant differences in function and expression.In this proposal, Danfeng-2 will be used as materials to carry out high-throughput transcriptome and quantitative proteomics analysis at 3 typical developmental stages(green fruit, veraison and ripe). Comparative analysis of mRNA and protein expression supporting from above two sequencing are used to screen specific expression genes associated with fruit quality. Functional characterization of these genes will be expressed in tomatos to elucidate their relation to the accumulation of resveratrol. Concurrently, the upstream regulatory sequences of candidate genes are to be isolated and investigate the regulatory effects of cis-regulatory elements (corresponding to exogenous inducers) on the accumulative and regulative effects of resveratrol. Moreover, yeast one-hybrid technique will be applied to resolve the function of transcription factors involved in regulation of resveratrol metabolism. Furthermore, the identified specific-quality genes with high expression function from Danfeng-2 will be used for transgenic ultilization and germplasm improvement, providing a base for obtainment of novel grapevine germplasm.

葡萄果实的白藜芦醇不仅能增强植物抗病性，而且具有抗癌、抗肿瘤、预防心血管疾病与神经保护剂等功能。前期我们对中国野生葡萄特别是毛葡萄中的芪合成酶基因表达产物白藜芦醇测定，结果是其含量高；近期又克隆了中国野生毛葡萄丹凤-2的41个芪合成酶基因并初步发现它们功能及表达差异较大。本研究以中国野生毛葡萄丹凤-2为材料，进行高通量转录组测序和定量蛋白组分析，建立幼果、转色和成熟果实发育3个典型时期转录组谱与蛋白组谱，筛选白藜芦醇高效累积的候选特异品质表达的基因；在番茄中表达验证与白藜芦醇累积的基因，同时，克隆关键候选基因的上游调控序列，研究顺式作用元件相应的外源诱导剂对白藜芦醇积累的调控效应；应用酵母单杂交技术，解析调控白藜芦醇代谢的转录因子功能；进一步将获得的中国野生毛葡萄浆果中特异品质表达功能强的基因，为转基因利用这些特异基因改良葡萄种质，获得新的葡萄种质提供依据。

葡萄因其具有酿酒、鲜食、制汁及制干与高效益等作用，是世界果树生产中位居前3的重要果树。生产上主要为欧洲葡萄品种，其有高产优质多用途，葡萄及其制品中的白藜芦醇对人体的健康有益。但欧洲葡萄品种大多数不抗葡萄白粉病，仅美国每年用于防治葡萄白粉病的杀菌剂费用超过了30亿美元。从根本解决欧洲葡萄品种不抗病是利用抗葡萄白粉菌的葡萄种质资源进行抗病育种。本项目就是利用抗白粉病且白藜芦醇含量高的中国野生葡萄为材料，进行白藜芦醇累积生物学、果实发育过程中转录组、蛋白组分析与代谢组分析、白藜芦醇累积相关重要基因的功能验证与分析、白藜芦醇高效累积的调控机理和白藜芦醇高效累积分子育种技术集成与种质创新的研究。对13个中国野生葡萄和4个欧洲葡萄，从开花后到果实成熟进程中的白藜芦醇累积生物学过程监测检测与基因表达分析，获得中国野生毛葡萄中表达基因23377个，特异表达基因1500个；48个芪合成酶基因及其在果实转色期和成熟期表达。得到3751个蛋白，差异表达578个蛋白。检测出203种代谢物质及白藜芦醇、云杉新苷、紫檀芪和葡萄素。筛选出果实中高表达的芪合成酶基因VqSTS6，转入欧洲品种无核白中要研究芪类物质及其抗白粉病能力；差异表达蛋白VqDUF642参与浆果发育以及增强白粉病和灰霉病抗性。此外，转VpSTS29增强叶肉组织防御能力，转VqSTS21、VqSTS30和VqSTS32基因研究受白粉菌与非生物因子诱导表达；筛选出共表达的转录因子基因及蛋白激酶调控芪合成酶基因的表达与芪类物质的合成与积累。项目实施中培养博士后1人，培养研究生9人，其中毕业获得学位5人；项目研究结果已发表10篇论文，其中8篇SCI论文。本项目获得的基因数据、蛋白质数据与代谢产物数据对深入研究中国野生葡萄的基因与功能提供了理论数据与基础；获得的中国野生葡萄抗病功能基因用于提高与改良欧洲葡萄品种的抗病性有直接利用价值；研究结果对利用中国野生葡萄进行抗病育种，提高欧洲葡萄品种抗病性与增加果实中白藜芦醇的量有重要的应用价值和科学意义。