中國科學院武漢植物園報道桃果實糖積累的機制和候選基因

(資料圖)

果實糖分積累是園藝作物尤其果樹的重要農(nóng)藝性狀。糖分決定果實的風味口感和營養(yǎng)品質；另外還可以作為調控信號促進花青素等次生代謝物的合成。桃作為我國的重要經(jīng)濟果樹，大部分栽培品種果實以積累蔗糖為主（可達總可溶性糖的80%）。栽培種的果實糖表型分離不足（可溶性固形物在11%~14%之間），限制了正向遺傳學方法分離到的糖候選基因數(shù)量。為揭示這一重要農(nóng)藝性狀的機制，中科院武漢植物園果樹分子育種科研團隊選擇和栽培種表型差異大的野生近緣種作對照，采用轉錄組和糖組分含量偶聯(lián)分析方法，發(fā)掘了糖積累的關鍵候選基因。

采用高效液相色譜方法測定桃品種（‘美國晚油’、‘麗格蘭特’、‘霞暉6號’、‘霞脆’和山桃等）不同發(fā)育時期果實糖組分含量；同時選取這些品種的三個果實發(fā)育時期進行轉錄組測序，結合糖組分含量差異進行針對性的基因表達量差異對比，獲得和總糖正負相關的差異基因集。

與總糖正相關的424個差異基因中，前人報道過5號染色體頂端的PpTST1液泡膜糖轉運體基因，本研究發(fā)現(xiàn)了兩個SPS（蔗糖-磷酸合酶）基因和SuSy1（蔗糖合成酶）基因，并通過桃果實瞬時轉化方法驗證相關基因的功能。與桃果實總糖含量正負相關的基因中，各發(fā)現(xiàn)了一個INH糖酸性轉化酶抑制肽基因，即PpINH3（總糖正相關）和PpINHa（總糖負相關）基因。瞬時轉化證明這兩個INH對總糖的積累正好起相反效果，將前人報道的INH作用底物酸性轉化酶PpVIN2進行瞬時轉化，所起的效果與PpINHa完全相同。但本研究用酵母雙雜無法鑒定INH和PpVIN2之間存在分子互作。INH的作用機制尚待進一步研究。

另外，本研究還發(fā)現(xiàn)與總糖負相關的候選基因中存在另一個蔗糖合成酶SuSy2。此外正相關基因還有兩個單糖轉運體PpERD6-Like1和PpERD6-Like2，它們的瞬時過表達可能會引起PpTST1的表達量發(fā)生變化。綜合上述發(fā)現(xiàn)得出了桃的果實糖分積累的模式圖（圖4），發(fā)現(xiàn)桃的果實糖分積累既源自代謝又來自體內(nèi)的源-庫運輸，同時還受到多種因子調節(jié)。本項研究發(fā)表于國際研究期刊Frontiers in Plant Science，受到國家自然科學基金等項目資助，論文并列第一作者為孟加拉留學生Md Dulal Ali Mollah和張嫻，王魯副研究員和韓月彭研究員為論文通訊作者。本研究揭示了桃果實糖分積累中的重要基因及其機制，為實現(xiàn)水果糖組分的精細化調控提供了研究實例和技術元件，在功能健康型水果開發(fā)方面開辟了新的思路。