木菠萝特征香气鉴定及AhAAT基因参与酯类形成的分子机理

Jackfruit (Artocarpus heterophyllus Lam) is one of the precious and rare tropical fruits. Ripe fruit synthesizes an amazing diversity of volatile esters with a unique and strong fragrance. Alcohol acyltransferase (AATs) is a key enzyme involved in ester biosynthesis in plants. With Jackfruit fruit as material, aroma components of 9 different strains of ripe jackfruits are analyzed to confirm jackfruit characteristic aroma components and endogenous ethylene production, the contents of aromatic substances, alcohol acyltransferase (AATs) activities, gene expressions of AhAAT and AhERF transcription factor of 75 lines are studied by SPME/GC/MS, RT-PCR, RACE-PCR, Real-time PCR, yeast two-hybrid screening method and bimolecular fluorescence complementary (BiFC) . The present work aims to understand the role of alcohol acyltransferase (AATs) and the molecular mechanism of its gene involved in ester biosynthesis and to explore the regulation of ethylene and AhERF transcription factor on AhAAT gene expression in jackfruit. It can provide a theoretical basis that we deeply understand the role and its regulation of alcohol acyltransferase (AATs) involved in ester biosynthesis in jackfruit.

木菠萝（Artocarpus heterophyllus Lam）是我国优稀热带水果之一，果实成熟后香气独特浓烈、产生大量酯类物质。醇酰基转移酶（Alcohol Aeyltransferases，AATs）是植物体内酯类物质合成的关键酶。本项目以木菠萝果实为材料，采用SPME/GC/MS、RT-PCR、RACE-PCR、Real-time PCR、酵母双杂和BiFC等技术，通过对9个不同株系成熟木菠萝果实的香气成分及经外源ETH、1-MCP处理和对照的75株系果实中的内源乙烯释放量、香气物质含量、AATs活性、AhAAT基因及AhERF转录因子表达的变化情况进行分析，鉴定出木菠萝的特征香气成分，研究AATs及其基因在木菠萝果实酯类香气合成中的作用及其机理，并探讨乙烯、AhERF转录因子对木菠萝AhAAT基因表达的调控作用，为深刻认识AATs在酯类化合物合成中的作用及其调控提供理论依据。

木菠萝是我国优稀热带水果，成熟后果实香气浓郁、独特，形成大量的酯类物质。醇酰基转移酶（AATs）是酯类合成的关键酶。本项目以‘海大2号’、 ‘20号’、‘四季’、‘28号’、‘45号’、‘红肉327’、‘305’、‘湿苞’和‘92号’9份木菠萝种质为材料，分析了果实的特征香气成分。并以 ‘海大2号’为材料，研究了木菠萝果实成熟过程中对照、外源ETH和1-MCP处理对内源乙烯生成速率、酯类物质含量、AAT酶活性、AheAAT1基因及AheERF1/2转录因子表达的影响。结果如下：.①9份木菠萝种质共检测出130种挥发性成分，其中酯71种、醇16种、醛19种、酮8种、酸3种、烃6种、其他物质7种。9份种质都是以酯类物质为主，占挥发性物质总量的57.98～89.45%，其中异戊酸异戊酯、辛酸异戊酯、异戊酸丙酯、异戊酸甲酯、异戊酸丁酯、异戊酸戊酯、乙酸丁酯、异戊酸异丁酯、苯丙醛、异戊醇、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯的含量都很高，是构成木菠萝果实香气的主要成分。结合OAV值法分析可知，异戊醛、异戊醇和异戊酸乙酯是9份木菠萝种质共有的特征香气成分，但不同种质间的特征香气成分存在一定差异。聚类分析发现，不同种质的香气成分亲缘关系不同，‘92号’单独一类，其他8份种质一类。.②克隆获得1个AAT基因，命名为AheAAT1基因，全长1380bp，编码459个氨基酸，分子量为50.99KDa，等电点8.33。AheAAT1具有植物AAT蛋白的3个高度保守结构域HxxxD、DFGWG和LxxxYxxAG，含有47个蛋白激酶磷酸化位点和2个O–糖基化位点，与MdAAT1的同源性最高（59.68%），预测定位在细胞质中。.③木菠萝果实成熟过程中，内源乙烯生产速率于采后第6d到达高峰，AheAAT1基因表达、AAT酶活性和酯类物质含量分别于采后第8d、8d和10d达到最大，且四者皆受到外源乙烯的诱导和1-MCP的抑制。相关性分析发现，酯类与乙烯生成速率、AheAAT1基因表达和AAT酶活性呈正相关，且内源乙烯的生成与AheAAT1表达和AAT酶活性呈显著正相关。.④AheERF1/2表达与果实成熟密切相关，且与AheAAT1和AAT酶活性变化同步，彼此之间呈极显著正相关。此外，AheERF1/2表达也受外源乙烯的诱导和1-MCP的抑制，推测AheERF1/2可能与AheAAT1存在互作关系。