线粒体DNA编码的COX在桃果实成熟软化中的功能定位

细胞色素氧化酶（COX）是线粒体呼吸链氧化磷酸化过程中的关键酶，其活性大小可直接影响线粒体功能。依据申请者前期研究结果和国内外相关研究资料，提出线粒体COX通过调节活性氧代谢途径作用于果实乙烯生物合成，最终作用于桃果实成熟软化。本项目拟采用对比法研究桃果实离开树体前后果实的线粒体代谢，探讨线粒体DNA编码的COX与活性氧代谢以及乙烯生物合成之间的关系，COX基因表达、蛋白表达和活性变化对桃果实成熟软化的作用；从促进桃果实软化和抑制桃果实软化两方面，在基因、转录和翻译水平上研究COX的变化规律，探明COX对桃果实成熟软化作用，进一步从分子水平上完善桃果实成熟软化机理。本研究不仅揭示线粒体COX与乙烯合成及桃果实成熟软化之间的关系，而且可为桃果实贮藏技术体系的研究提供科学依据。

桃果实的成熟软化与呼吸代谢密切相关，线粒体是果实呼吸作用的细胞器，也是产生ROS的主要部位，线粒体代谢活性与果实的成熟软化有着必然的联系。细胞色素氧化酶（COX）是线粒体呼吸链中的关键酶，其活性可直接影响线粒体功能。本项目根据桃果实采后迅速软化的特性，以软溶质型‘雨花三号’和硬溶质型‘加纳岩’桃果实为试材，探讨线粒体DNA编码的COX与活性氧代谢以及乙烯生物合成及桃果实成熟软化之间的关系。研究结果表明，‘雨花三号’桃果实软化迅速，软化过程伴随呼吸高峰和乙烯释放高峰的出现。‘加纳岩’桃果实软化速率相对较慢，软化过程中呼吸速率和乙烯释放量均较低。两种类型的桃果实成熟软化和采后贮藏过程中，果实线粒体内活性氧不断积累增加，CAT、POD、SOD活性到成熟后期和贮藏后期都有下降趋势。‘雨花3号’在软化过程中果实线粒体内活性氧积累量较多，机体活性氧代谢失去平衡，导致果实在成熟软化过程中比‘加纳岩’更容易遭受损伤。‘雨花三号’成熟软化过程中COX活性低于‘加纳岩’，两者在软化后期COX活性均有所下降，导致线粒体功能受到损伤，果实线粒体内活性氧的增加，引起机体代谢失衡，促进乙烯释放量的变化。‘加纳岩’COX三种亚基基因的表达量高于‘雨花三号’，COX三种亚基主要作用于果实成熟软化前期，为果实生长代谢提供所需能量，到了后期表达量降低，活性受影响，导致果实线粒体内的活性氧积累，机体代谢失衡，乙烯释放量增加，表明COX与活性氧、乙烯释放及果实硬度之间存在内在联系。‘雨花三号’和‘加纳岩’桃果实的COXⅠ基因测序同源性达100%，COXⅡ及COXⅢ则相差一个碱基。1-MCP处理抑制了‘雨花3号’内源乙烯的产生及呼吸速率的增加，抑制了线粒体内活性氧的产生，促进了贮藏后期COX的活性以及COX三种亚基的表达。外源乙烯加速了‘加纳岩’的硬度下降，诱导了内源乙烯和线粒体内活性氧增加，促进呼吸作用，抑制活性氧清除酶活性，对COX三种亚基表达在贮藏后期有抑制作用，加速了‘加纳岩’桃果实在贮藏过程中的衰老。这些研究成果阐明了COX基因及其表达的改变以及蛋白质酶活性变化与线粒体呼吸代谢以及桃果实成熟软化衰老的关系，丰富了桃果实软化衰老理论，为控制桃果实软化衰老提供理论依据。