AsA合成途径相关基因在刺梨中的表达及其与AsA积累的关系

以高含量维生素C(AsA)植物刺梨为试验材料，采用生理生化手段与现代生物技术相结合的方法，探索目前已知的高等植物合成AsA的四条可能途径在刺梨中的存在及贡献；在此基础上克隆主要相关基因，分析他们的时空表达特点、对环境因子的响应及其与AsA合成和积累的关系，以期找到这一特殊植物合成维生素C的主要途径、相关基因的表达特点、影响因子及重点调控环节，为阐明刺梨大量合成和积累AsA的分子机制提供更多科学依据，也为将来定向调控此类植物维生素C含量指明方向。

已按计划全部完成了计划书中的所有内容。本研究共有四部分内容，已于2011年完成研究内容1）的全部工作，2011-2012年完成了研究内容2）和3）的全部工作，2012-2013年完成了研究内容4）的全部内容。取得的主要结果如下：在高等植物维生素C合成途径基本清楚的基础上，重点以我国特有的高维生素C果树资源--刺梨（Rosa roxburghii Tratt）果实为材料，采用前体物离体喂饲的方法，研究AsA四条可能合成途径在刺梨果实中的存在及贡献，在此基础上克隆主要参与合成基因，分析他们的时空表达特点、对环境因子的响应及其与AsA合成和积累的关系，以期找到这一特殊植物合成维生素C的主要途径及重点调控环节，为定向调控此类植物维生素C含量指明方向。结果表明，在刺梨果实中同时存在着L-半乳糖途径和古洛糖途径两条AsA合成途径，同时辅以肌醇途径，而半乳糖醛酸途径在该类果实中似乎并不存在。这是目前唯一发现一种果实可以多条途径合成AsA。在此基础上，我们克隆了参与AsA合成四条途径中主要7个基因的cDNA序列并建立和优化了Real-Time PCR（qRT-PCR）技术体系，分别检测了这7个合成基因在果实发育过程中、不同光照条件下、外源激素处理条件下的表达水平及其与AsA合成的关系，结果表明：半乳糖途径中的GGP及GalLDH的时空表达水平与AsA合成呈一致性关系，可能是刺梨果实AsA生物合成过程中的关键基因；半乳糖途径的5个基因（GME、GGP、GPP、GDH、GalLDH）、糖醛酸途径基因（GalUR）及AsA合成均受到光照的正调控作用，而肌醇途径基因（MIOX）不受光照调控。无论离体喂饲或活体喷施，外源SA对L-半乳糖途径中的GGP和GPP以及替代途径中的GalUR基因的转录水平有明显的上调作用，进而促进了果实中AsA的合成和积累；而生长素类物质IBA、赤霉素类GA3及茉莉酸类MJ似乎并不是通过调节某几个合成基因表达来影响刺梨果实中AsA含量的变化。以上结果为揭示刺梨果实合成维生素C的调控机制提供了重要的生理及分子生物学依据，并为今后定向调节植物维生素C积累指明了方向。