1-MCP抑制猕猴桃采后酯类物质合成的转录调控机制研究

Kiwifruit is a typical climacteric fruit, which is extremely sensitive to ethylene. Postharvest ripening and senescence process are very rapid for most of kiwifruit cultivars. Thus, it is critical to study the storage method for controlling the quality and maintaining the flavor for the kiwifruit industry. As a competitive inhibitor of ethylene, 1-MCP can effectively inhibit the ethylene signal transduction process and delay fruit softening, thereby prolonging the storage life. However, several studies have shown that various concentrations of 1-MCP might affect its post-storage softening as well as the formation of fruit aroma (especially esters). The present project intends to explore the molecular mechanism of transcriptional regulation of kiwifruit ester synthesis. Research methods such as RNA-seq, real-time PCR, dual-luciferase assays, yeast one-hybrid, EMSA, as well as transient and stable over-expression analysis will be applied to identify key structural genes and transcription factors of kiwifruit ester synthesis. We expect that will help to verify the transcriptional regulation effect, and elucidating mechanisms of 1-MCP inhibition on the target transcription factors and ester production. The molecular mechanism will provide theoretical support for the preservation of kiwifruit postharvest preservation technology.

猕猴桃是典型的呼吸跃变型果实，对乙烯极敏感，大多数品种均不耐贮藏，因此研究可长期维持猕猴桃果实品质的贮藏方法十分必要。1-MCP（1-methylcyclopropene）作为一种乙烯作用竞争性抑制剂，能有效抑制乙烯信号转导过程，延缓果实软化，从而延长贮藏寿命。但1-MCP处理易使贮藏后猕猴桃果实出现软化障碍、食用品质下降、果实香气物质（尤其是酯类物质）降低等问题，严重影响其商品性。本项目拟探索猕猴桃酯类物质合成的转录调控分子机制。采用实时定量PCR技术、双荧光素酶体系、酵母杂交、EMSA和瞬时表达等明确猕猴桃酯类物质合成的关键结构基因和转录因子，研究转录因子对靶标基因及酯类物质的调控效应，解析1-MCP对关键转录因子及靶标基因的调控机制。研究结果不仅可创新猕猴桃果实采后酯类物质产生的分子机制，也可为优化基于1-MCP/乙烯调控的猕猴桃果实采后保鲜策略提供理论依据。

第一部分：果实的香气是果实品质非常重要的一个方面，可以影响消费者的选择。猕猴桃采后成熟过程中挥发性香气物质酯类迅速合成。部分合成酶及基因已经被鉴定。然而，猕猴桃果实中酯类的合成通路和调控机制仍不清晰。我们使用气相色谱-质谱法（GC-MS）测定不同处理下猕猴桃果实中的香气组分，分别为对照组，乙烯处理组（100 μl/l, 24 h, 20 °C）和1-MCP处理组（1 μl/l, 24 h, 20 °C）。结果发现，多数香气物质在乙烯处理组合成多，而1-MCP处理抑制了香气物质的合成。转录组测序和加权基因共表达网络分析（WGCNA）分析发现3个结构基因AdFAD1，AdALDH2和AdAT17的表达与总酯含量变化非常相似且一致。为了寻找酯类生物合成的潜在调控因子，我们将先前报道的14个转录因子与酯类生物合成基因进行相关性分析，并且采用双荧光素酶法研究转录因子对酯类生物合成基因启动子的调控效应，结果表明AdNAC5和AdDof4分别可以激活和抑制AdFAD1的启动子活性。该部分内容进一步奠定了猕猴桃成熟相关酯类物质生物合成的分子基础，并重点研究了两个转录因子的功能。.第二部分：赤霉素(GAs)可调控植物生长发育的许多过程，包括果实的成熟。然而，赤霉素在采后猕猴桃成熟中的作用尚不清楚。我们发现外源GA3处理可延迟采后猕猴桃的成熟过程，并检测到硬度、淀粉、可溶性固形物含量、细胞壁成分(果胶、纤维素和半纤维素)、乙烯和香气成分酯类的产生等生理性状差异显著。此外，转录组分析共鉴定出3116个差异表达基因，其中51个涉及植物激素信号转导通路，36个与这些生理性状相关的结构基因。采用实时荧光定量PCR对主要的差异基因进行分析，发现GA3处理显著抑制了大部分基因的表达。生理指标与候选基因的相关性分析表明GA3能有效地调控猕猴桃果实采后成熟，这些赤霉素响应基因可能在调控猕猴桃的成熟中发挥重要作用，赤霉素处理也可能是猕猴桃采后保鲜的一种有前途的方法。