酿酒葡萄果实游离态和糖苷结合态萜烯的积累及其转录调控

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作者：

问亚琴

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摘要：

萜烯类物质具有愉悦的花香果香,是芳香型葡萄和葡萄酒主要的香气组分,萜烯类物质在果实中以游离态和糖苷结合态两种形式存在.葡萄果实中无味的,不挥发的糖苷态萜烯对葡萄酒品种香气产生有潜在的较大的贡献,它们可在葡萄酒酿造过程中经酶解或酸水解作用转化为可挥发的游离态物质.葡萄果实中游离态和糖苷结合态萜烯的组成和含量依品种,发育期,产区而异.尽管在葡萄果实中一些游离态和糖苷结合态萜烯生物合成相关基因已经被鉴定,但仍然不清楚哪些基因表达显著地影响不同品种或不同气候条件下葡萄果实萜烯积累的差异?这些基因的转录调控机制是什么?本项目以萜烯含量较高的芳香型酿酒葡萄品种为试材,运用现代分子生物学和分析化学方法,研究葡萄游离态和糖苷结合态萜烯物质的积累规律及其转录调节,结果如下:比较不同芳香类型品种'琼瑶浆','小红玫瑰'和'小白玫瑰'果实中萜烯物质的积累规律发现,对非麝香型芳香品种'琼瑶浆'香气贡献最大的是香叶醇和顺式及反式氧化玫瑰,而对麝香型芳香品种'小红玫瑰'和'小白玫瑰'香气贡献最大的是里那醇和香叶醇.在麝香型葡萄果实发育过程中,里那醇的积累主要与里那醇合成酶基因VvPNLinNer1和VvPNLinNer12表达相关,糖苷结合态单萜的积累主要与单萜葡糖基转移酶VvGT7和VvGT14有关,而游离态香叶醇的积累与香叶醇合酶VvPNGer基因表达没有显著相关性.结合代谢物分析和转录组测序分析,比较气候差异较大的河北昌黎产区和甘肃高台产区'小白玫瑰'葡萄果实萜烯物质的积累及相关基因表达谱,研究发现:在昌黎产区成熟的葡萄果实中,萜烯物质的含量,尤其是糖苷结合态萜烯物质的含量显著高于高台产区的果实.转录组分析表明,一些萜烯合成相关基因表达在昌黎产区的果实中明显上调,尤其是催化异戊烯基二磷酸(IPP)流向单萜合成的入口酶—1-羟基二甲基-2-丁烯基-4-二磷酸还原酶(VvHDR)基因表达与萜烯物质的积累呈现很好的一致性,单萜葡糖基转移酶VvGT14基因表达也与糖苷结合态单萜物质积累有密切相关,说明VvHDR和VvGT14表达水平是导致产区间萜烯积累差异的关键因素.萜烯合酶(TPS)基因表达和萜烯产物积累相关性较低,推测单萜合成可能受到翻译水平的调控.利用基因共表达网络分析,筛选到与萜烯合成相关基因表达呈正相关和负相关的转录因子,此外,对与成熟相关的基因表达谱分析表明,在葡萄果实转色启动时期(E-L35),与ABA和乙烯合成以及信号转导过程相关的基因在高台产区果实中表达明显上调.本研究还构建激素介导的成熟相关基因,转录因子和VvHDR/VvGT14基因共表达网络,认为高台产区葡萄果实中较低的萜烯物质含量与其成熟信号较早启动有关.为进一步研究VvGT14在转录水平的表达调控,我们克隆了该基因启动子,并比较了两个产区 E-L35时期葡萄果实VvGT14启动子区域甲基化水平,结果表明:弱光和ABA处理均可激活VvGT14基因启动子活性,而高温可使启动子活性有所减弱.葡萄果实VvGT14启动子区域甲基化水平较低,其中两个甲基化水平差异CpG位点位于顺式作用元件区域,可能影响转录因子与启动子的结合.这些结果暗示VvGT14的转录调控主要涉及启动子顺式元件对外部信号的响应及相关转录因子与启动子的结合.

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