乙烯促进葡萄贮藏期间穗梗衰老和果粒脱落的关键基因发掘及其分子调控机理

Berry abscission and pedicel dehydration have significant influences on the grape storage and sale. One of the main reasons of berry abscission and pedicel dehydration is that a large amount of ethylene is synthesized in the berries, rachis, and peduncles with the pedicels, which breaks balance of original endogenous hormones and leads to formation of abscission layer in the pedicels. Temporal-spatial expression of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACS), 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase (ACO), and ethylene response (ETR) genes, which play important roles in ethylene biosynthesis and signal transduction, will be analyzed in different organs (berries, rachis, and pedicels) of Vitis Vinifera L. cvs. Thompson Seedless during young berry growth stage, growth lag stage, ripe stage, and postharvest stage by real-time quantitative PCR (qRT-PCR) method. Key ACS, ACO, and ETR genes which effect berry abscission and pedicel dehydration will be isolated. Changes in ACS, ACO, and ETR gene expression will be analyzed in the berries, rachis, and pedicels in response to 1-methylcyclopropene (1-MCP) and ethrel treatment, respectively. Reason for ethylene release and respiration rate changes, berry abscission, and pedicel dehydration will be discussed, which illustrate molecular regulating mechanism of ethylene inducing grape berry abscission and pedicel dehydration, and provide a theoretical basis for improving grape storage technology.

在葡萄贮藏期间，乙烯在穗轴和果梗中大量合成，加速了穗梗的呼吸消耗，打破了果穗中原有的激素平衡，导致了果梗离层形成，是造成干梗和果粒大量脱落的主要原因之一。本项目拟应用荧光定量RT-PCR方法，对葡萄无核白幼果膨大期、缓慢生长期、果实成熟期及贮藏期的果粒、穗轴、果梗中，参与乙烯生物合成和信号转导ACS、ACO和ETR基因家族的所有成员进行时空表达分析，分离出影响无核白穗轴、果梗衰老和果粒脱落，并具有组织表达特异性的关键ACS、ACO和ETR基因。分别利用乙烯合成抑制剂1-甲基环丙烯（1-MCP） 和乙烯合成促进剂乙烯利对无核白的果穗进行采后处理，分析其对无核白贮藏中果粒、穗轴、果梗中ACS、ACO和ETR基因表达的影响，探讨无核白果粒、穗轴、果梗乙烯释放量和呼吸速率变化，以及干梗落粒的原因，从而揭示在葡萄果实贮藏期间乙烯促进葡萄穗梗衰老和果粒脱落分子调控机理，为改善葡萄的贮藏技术提供理论基础

在葡萄贮藏期间，乙烯在穗轴和果梗中大量合成，加速了穗梗的呼吸消耗，是造成干梗和果粒大量脱落的主要原因之一。植物体内乙烯的生成量主要由合成路径中ACS和ACO两个限速酶的活性大小决定，而正常的乙烯生理效应最终是ETR及其信号转导才能产生乙烯反应。葡萄ACS 、ACO和ETR都是多基因家族，它们受不同的因子调控，若要将来有目的地控制乙烯在葡萄果粒、穗轴、果梗等部位的合成，推迟穗轴和果梗的衰老，必须确定哪些或哪个ACS、ACO和ETR基因是促进葡萄穗梗衰老和果粒脱落的关键调控基因。.本项目针对这一研究背景，主要进行以下三个方面的研究，结果如下： .1.分别对无核白和红宝石无核两个葡萄品种的不同发育时期中的乙烯释放进行了监测，结果显示成熟前葡萄果粒中的乙烯释放的最大值在花后2-3周，然后随着果实的发育，乙烯的释放逐渐减小。对于果梗的乙烯释放规律，干梗落粒较重的无核白品种，在果实成熟前，果梗的乙烯释放有一个明显的跃变高峰，而较耐贮藏的红宝石无核品种，成熟前果梗的乙烯变化的幅度相对较小。同时，两个葡萄品种在外源乙烯利的处理条件下，果梗的乙烯释放量有明显的增加，而果粒中乙烯释放量无显著变化。以上研究结果验证了果实的乙烯释放属于非跃变类型，而果梗的乙烯释放类型可能具有跃变的性质，这为将来葡萄贮藏中如何延缓果梗的衰老提高了一定的理论依据。.2.用荧光定量RT-PCR的方法对所有ACS、ACO和ETR基因家族成员在葡萄的不同生长发育时期和果实采收后不同时期的果粒、穗梗中表达进行检测，结果表明VvACS1基因在葡萄果实生长发育过程中，在葡萄果梗中具有组织表达特异性，且其表达量的高低与果梗的乙烯释放量具有高度的相关性，初步表明了VvACS1基因在果梗的成熟衰老过程中起着重要的作用，这为将来有目的地控制果梗中乙烯的释放提供了理论基础。.3.分别利用乙烯利和1-MCP处理采后葡萄果穗，比较葡萄贮藏不同时期的果粒、穗轴、果梗中的ACS、ACO和ETR基因表达量的变化，结果表明外源乙烯利的喷施促进了果粒的脱落和果梗乙烯的释放，而1-MCP处理减缓了果梗的乙烯释放，且对果粒脱落有一定的抑制作用。其中VvACS1基因响应乙烯利的处理，在果梗中其表达量上升，而在1-MCP的处理下，其表达量下降，与果梗的乙烯释放量保持一致，进一步证实了VvACS1基因在葡萄采后果梗的衰老过程中起到一定的作用。