罗汉果航天突变体早熟性状形成的分子机理

Siraitia grosvenorii(Swingle)C.Jeffrey is a special local product and genuine medicinal material in Guilin. The product Mogroside Ⅴcan be able to satisfy everyone’s demand for healthy sweeteners, dry fruit is good for healthcare and can slow down the discomfort of throat and lung. So the sale market is increasing rapidly both at home and abroad, the demand of fresh fruit of Siraitia grosvenorii exceeded supply in 2014 and 2015. We found an early maturity mutant from aerospace Siraitia grosvenorii for the first time in 2014, the mutant could make fruit mature earlier for about 20 days, and it can expand the plant area and achieve high yield. We can say that this discovery will bring a new opportunity in order to solve the contradiction between supply and demand in the market.. How does the early fruit of aerospace Siraitia grosvenorii come into being? If exist new genes in the mutant? Is the early maturity relate to ethylene or mogroside Ⅴ? Base on these question we try to study the physiological and biochemical characteristics, RNA-seq, differential genetic analysis, clone, qRT-PCR and bioinformatics on the early maturity mutant of aerospcce Siraitia grosvenorii in this item. According to the results we can find the new early maturity gene, and reveal the molecular mechanism of these new genes, and discuss the reasons of the appearance of early maturity. The research will lay a good theoretical basis in order to use early maturity gene resources to innovate Siraitia grosvenorii excellent germplasm as soon as possible in the future.

罗汉果是极具桂林地方特色的道地性特产，苷Ⅴ满足所有人群对健康甜味剂的需求，干果对咽肺部不适和保健效果极佳，使得罗汉果产品在国内外市场销售量增长迅速， 2014、2015年连续出现鲜罗汉果供不应求的现象。在2014年我们首次发现了罗汉果航天早熟突变体，该果实可提早成熟20天，具备了扩大现有种植面积和丰产的潜力，为缓解市场供需矛盾带来了新的契机。. 罗汉果航天早熟果实是怎么形成的？该突变体是否形成新基因？早熟与乙烯还是苷Ⅴ合成途径有关？鉴于这些问题，本项目拟通过对罗汉果航天早熟突变体开展生理生化特性、转录组测序，分析差异基因表达，发掘出罗汉果早熟新基因，并利用基因克隆、qRT-PCR时空表达、生物信息学分析，揭示与早熟性状相关的分子机理，探讨早熟形成的原因。为今后生产上尽早利用早熟基因资源创新罗汉果优异新种质奠定良好的理论基础。

罗汉果是桂林道地性中药材，也是中国最具特色的甜料植物。果实中有效成分甜苷V是最受欢迎的天然甜味剂，随着全球实施减糖计划，2020年甜苷V已占据10%全球市场，产值达1.5亿美元。为适应全球市场新需求，利用首次发现且果实提早成熟15-20天的罗汉果航天突变体培育高甜苷品种，降低生产成本，是缓解市场供需最有效的方法。. 本项目开展了生理生化特性、转录组测序、差异基因分析等研究，发现早熟果实生长发育及化学成分变化动态都与主栽品种基本一致，但早熟果实生长更快更大更圆，甜苷Ⅴ含量更高，叶片气孔、气孔密度、叶形指数更大，叶面积、叶绿素更小；除ABA之外内源激素含量更高，且显著高含量的GA、ABA、ZR和低含量的ETH、IAA有利于形成早熟果实。明确了早熟果实生长的关键时间点为第5或10、30、50、60或70天。. 发掘出罗汉果早熟性状形成的关键基因10个：CS、ACO、ADH、PG、PFK、USP、ALDH、ACY1、GALE、talA，其中前6个基因与乙烯、细胞分裂素等内源激素对早熟性状调控有重要作用，半胱氨酸和蛋氨酸代谢、精氨酸生物合成和代谢、戊糖和葡萄糖醛酸酯等途径调节了相关的次生代谢产物合成。早熟果实产生大量CS合成Cys且参与蛋氨酸循环，生成乙烯前体SAM，SAM又生成蛋氨酸；蛋氨酸通过ACO将ACC氧化成乙烯使果实早熟。乙烯还能调控PG软化果实而早熟，ABA和蔗糖通过PFK负调控糖酵解、ADH和USP参与葡萄糖醛酸途径催化合成果实中香气物质等影响成熟时间而形成早熟果实。同时，由UDP-葡萄糖合成DXP，经过MEP途径形成萜类化合物，甜苷V是三萜类化合物且DXS、DXR是其合成的相关酶，故果实早熟时也提前合成甜苷V，早熟性状和甜苷V表达联合分析将是本项目继续研究的主要方向之一。后4个关键基因推测为新基因，其中ALDH、GALE对罗汉果生长发育和甜苷V合成的作用机理也是深入探索的新方向。. 因此，生理生化特性、关键基因与甜苷Ⅴ合成相互影响并形成早熟果实，也有新基因参与调控早熟性状的形成，为罗汉果产业链利用早熟种质和基因资源培育新品种奠定良好的理论基础。