石榴果实色泽品质形成的生理与分子机理研究

Pomegranate is an important functional fruit and has a long cultivation history in China. It has plentiful of genetic diversity and various fruit colors. At present the studies on fruit color formation of pomegranate are very limited. The mechanism of color differences in different pomegranate cultivars is not clear. For these reasons, the fruit quality cultural regulation and color breeding programs are highly restricted. Various pomegranate cultivars with white, green, red and purple pericarp will be used as experimental materials. From physiological, biochemical and molecular biological levels, different techniques and methods such as the high performance liquid chromatography (HPLC), RT-PCR, RACE, bioinformatics, fluorescence quantitative PCR, transformation of tobacco excessive expression were used in this programme. In order to discuss the physiological differences, the differences of components, contents, dynamic changes of pigments in different color fruits were studied. In order to illustrate the molecular mechanism of fruit color differences, the differences of related genes expression in anthocyanins biosynthetic pathways and regulation mechanism of MYB protein in fruit color difference were also studied. The results have important theoretical and practical significance in regard to cultural regulation of exterior quality and related breeding of pomegranate.

石榴是重要的功能性水果，在我国栽培历史悠久，遗传多样性丰富，具有多样的果实色泽。目前对果实着色方面的研究相当缺乏，不同品种间果实色泽差异的机制也不清楚，极大地限制了果实品质栽培调控及色泽育种等相关工作的开展。在前期对不同果实色泽系列品种选育的基础上，本项目以自主选育的白皮、青皮、红皮、紫皮石榴为材料，从生理生化和分子生物学两个层面，利用高效液相色谱（HPLC）、RT-PCR、RACE、生物信息学、荧光定量PCR、转烟草过量表达等技术方法和手段，研究不同色泽果实的色素组成差异、色素含量差异、不同着色期色素动态变化差异，探讨果实色泽差异的生理基础；同时研究主要呈色色素花色苷生物合成途径的相关基因表达差异、MYB转录调控蛋白对果实呈色差异的调控机制，阐明果实着色差异的分子机理。研究结果对石榴果实外观品质的栽培调控和相关育种等具有重要的理论与实践意义。

石榴是重要的功能性水果，在我国栽培历史悠久，遗传多样性丰富，具有多样的果实色泽。目前对石榴果皮及籽粒呈色方面的研究相当缺乏，对果实色泽差异的机制也不清楚，限制了果实品质栽培调控及色泽育种等相关工作的开展。本项目以白皮、青皮、红皮、紫皮石榴为材料，从生理生化和分子生物学两个层面，研究了不同色泽果实的色素及酚类组成及含量差异、不同着色期色素及酚类动态变化差异，揭示了果实色泽差异的生理基础；开展了果皮和籽粒花色苷生物合成途径的相关基因表达、花色苷合成途径的基因组学和转录组学研究，阐明了果实着色差异的分子机理。研究结果表明，不同石榴品种中花色苷含量及组分不同。白皮石榴不含花色苷，墨石榴中花色苷含量最高，含有大量的Cy3G和Dp3G；Cy3,5dG、Cy3G和Pg3G是红宝石和绿宝石色泽差异的主要色素。在果皮中首次分离并鉴定出芍药素-己糖苷（Peonidin-hexoside）、杨梅酮-己糖苷（Myricetin-hexoside）两种新色素物质。4个品种果皮中均存在槲皮素、山奈酚、杨梅酮等黄酮醇，木樨草素、芹黄素等黄酮物质。其中，黄酮醇含量明显大于黄酮含量。多酚组分及含量具有明显的品种差异。果实发育过程中，不同石榴品种不同部位总酚含量呈下降趋势。石榴品种果皮、果汁和种子多酚均具有较强的清除自由基能力和还原能力。石榴果实色泽是花色苷、类黄酮、叶绿素、类胡萝卜素综合作用的结果。套袋能提高石榴果皮、果汁中花色苷含量，不利于果皮中类黄酮的积累，但有利于果汁中类黄酮含量的提升。石榴花色苷合成是多个基因协同表达调控的结果。PgANS的表达差异是造成石榴果色差异的主要因素。花色苷合成途径关键基因在果皮和籽粒中可能共享调控机制，矢车菊素和飞燕草素的花色苷苷可以被AOMT酶进一步修饰，转录调控因子MBW在石榴果实花色苷合成中起到重要的调控作用。研究结果对石榴果实外观品质的栽培调控和相关育种研究具有重要的理论与实践意义。