摘要
枣（Ziziphus jujube Mill.）属于鼠李科（Rhamnaceae）枣属木本植物。中国是世界上最重要的红枣原产地之一。枣果实根据用途主要分为鲜食品种和制干品种两个类型，二者生长过程存在显著差异，研究其果实生长发育过程中的质地和代谢物质变化，挖掘影响果实质地的关键转录因子对解析枣不同质地的形成具有重要意义。 本研究以鲜食品种‘冬枣’、制干品种‘灰枣’为材料，分析果实生长发育过程中四个关键时期的硬度、脆性、细胞分布规律、细胞壁物质（果胶、纤维素、半纤维素）变化，利用‘冬枣’和‘灰枣’转录组及代谢组数据，明确了枣果实质地差异的主要代谢物质和转录水平的变化;基于WGCNA筛选出果实质地差异的关键转录因子ZjSBP1，并验证了ZjSBP1在果实质地变化中的功能。主要研究结果如下： 1. ‘冬枣’和‘灰枣’发育过程中的质地差异与细胞壁组分密切相关。在枣果实生长发育过程中，‘冬枣’和‘灰枣’在生长过程中的硬度、脆性具有显著差异，造成差异的主要原因与果肉细胞的不规则膨大，细胞间隙增多以及果胶含量、纤维素含量、半纤维素含量变化有关。在半熟期及红熟期，‘灰枣’硬度分别高于‘冬枣’1.52 倍及1.69 倍，而‘冬枣’脆性在两个时期均高于‘灰枣’1.24倍。与‘灰枣’相比，‘冬枣’果肉细胞随着生长发育细胞大小不均匀，排列松散，有大量细胞间隙。在果实生长过程中，‘灰枣’的原果胶含量显著高于‘冬枣’，‘灰枣’的纤维素含量和半纤维素含量均显著高于‘冬枣’。‘冬枣’果实硬度与半纤维素含量呈极显著正相关；‘灰枣’果实硬度与纤维素含量呈极显著正相关，与半纤维素含量呈显著正相关。 2. ‘冬枣’和‘灰枣’的转录组和代谢组数据分析显示白熟期可能是两个品种质地差异形成的关键时期。GO富集分析显示细胞壁、细胞壁修饰、木葡聚糖：糖基转移酶活性、半纤维素代谢通路等显著富集。代谢组数据 KEGG 富集分析显示碳代谢差异代谢物和半乳糖代谢物显著富集，其中半乳糖代谢物中肌醇、α-d-半乳糖 1-磷酸酯、D-甘露糖、D-塔格糖、UDP-半乳糖、蔗糖差异显著，在‘冬枣’中的丰度显著高于‘灰枣’。WGCNA 分析显示， 6 个转录因子与 22 个细胞壁相关的功能基因的表达与硬度和脆性变化显著相关，其中ZjSBP1是调控网络中关联性最高的转录因子。 3. ZjSBP1 通过负向调节 ZjXTH28 和 ZjPG22 影响果实质地。酵母单杂实验筛选到了ZjSBP1下游靶基因ZjXTH28和ZjPG22，并确定了ZjPG22的互作结合位点（GTAC）位于 -373 bp 到-256 bp 之间，双荧光素酶实验表明 ZjSBP1 负调控 ZjXTH28 和 ZjPG22 的转录。 4. 遗传转化表明 ZjSBP1 与果实的质地形成有关。在枣果实中瞬时过表达 ZjSBP1 后，通过抑制ZjXTH28以及ZjPG22的表达，减少了果胶及半纤维素的降解，造成了枣果实硬度下降和脆性上升。在枣果实中瞬时沉默ZjSBP1后，ZjXTH28以及ZjPG22的表达显著提升，果胶及半纤维素的降解加快，果实硬度上升。在过表达ZjSBP1转基因番茄中，转基因株系的果实硬度显著提高了1.09~1.17倍。过表达番茄株系中的果胶和半纤维素的降解受到抑制，原果胶及半纤维素含量分别是是WT的1.28~1.59倍、1.1~1.53倍。ZjXTH28和ZjPG22在番茄中的同源基因SlXTH28和SlPG22的表达水平在转基因株系中表达受到显著抑制。进一步证实了ZjSBP1通过对ZjXTH28和ZjPG22的负向调控影响果实质地的变化。
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