甜瓜種質(zhì)資源果實(shí)質(zhì)構(gòu)評價(jià)及其相關(guān)酶基因的表達(dá)分析課件

甜瓜種質(zhì)資源果實(shí)質(zhì)構(gòu)評價(jià)及其相關(guān)酶基因的表達(dá)分析Author：徐偉欣Supervisor:劉莉2012-10-30主要內(nèi)容1.甜瓜簡介2.甜瓜果實(shí)硬度、脆性評價(jià)方法3.甜瓜果實(shí)硬度、脆性研究進(jìn)展4.關(guān)于試驗(yàn)5.其他1.甜瓜簡介甜瓜（CucumismeloL.）是葫蘆科(Cucurbitaceae)在全球種植地域最為廣泛的重要經(jīng)濟(jì)作物，也是人類馴化利用最早的植物之一。其果實(shí)營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特、香氣濃郁，一直以來都深受廣大消費(fèi)者的歡迎，居國際市場暢銷的十大果品之一。隨著人們生活水平的大幅提高，市場對于果實(shí)品質(zhì)的要求也在逐步提高，甜瓜作為一種重要的水果，其商品性狀不再僅局限于果實(shí)外觀漂亮、品質(zhì)好、貨架期長，具有怡人的香氣以及脆酥的口感也已成為果品吸引消費(fèi)者和增強(qiáng)市場競爭力的重要因素之一（Beaulieu&Lea,2006；Kourkoutasetal,2006；Javieretal.2010；劉圓等，2008；馬永昆等，2004）。

據(jù)FAO（世界糧農(nóng)組織）2010數(shù)據(jù)：1.甜瓜簡介

果實(shí)質(zhì)構(gòu)是既風(fēng)味之后影響消費(fèi)者對質(zhì)量認(rèn)知的第一標(biāo)準(zhǔn)（Franc-ChristopheBaurensetal.2003;AntonioRaffoetal.2006）。引人注意的是，哈密瓜類型、部分Honeydew類型，以及薄皮甜瓜類型的部分品種，在果實(shí)成熟的不同時(shí)期都能保持其特有的脆酥口感，深受各地消費(fèi)者的青睞，其消費(fèi)市場也在逐年擴(kuò)大，被認(rèn)為是改進(jìn)甜瓜貨架期和擴(kuò)大市場的一個(gè)重要資源（劉莉2004；2005）。目前的甜瓜育種項(xiàng)目多注重于果實(shí)顏色、大小、抗病性、產(chǎn)量及其它性狀的選擇，對果實(shí)硬度和脆酥口感的生理學(xué)及分子生物學(xué)機(jī)制卻研究較少。因此，從目前的市場情況來看，以芳香物質(zhì)和果實(shí)口感為主打的品質(zhì)育種將是二十一世紀(jì)最重要的育種目標(biāo)，越來越受育種學(xué)家的重視。2.甜瓜果實(shí)硬度、脆性評價(jià)方法果實(shí)硬度和脆性一直以來都是反映水果品質(zhì)和成熟狀態(tài)的重要指標(biāo)。目前檢測水果硬度和脆性常用的方法大體分為兩種：一種是有傷檢測，包含果實(shí)硬度計(jì)（馬之勝等2009；劉軍2011；羅靜2011；

R.Aurand2012）、質(zhì)構(gòu)儀（陸秋君2002；潘秀娟2005）等；另一種是無傷檢測，包含感官評價(jià)（樊勇2009）和近紅外光譜無損檢測（趙志磊2011）等方法。不同的檢測方法側(cè)重點(diǎn)不一樣，且不同水果適宜不同的檢測方法。甜瓜上目前的硬度及脆性檢測方法較傾向于感官檢測和果實(shí)硬度計(jì)兩種。運(yùn)用科學(xué)統(tǒng)一的方法對果實(shí)硬度及脆性進(jìn)行測定，可以更為準(zhǔn)確地描述這一性狀，并為甜瓜育種提供科學(xué)有力的工具。綜上，建立科學(xué)的果實(shí)硬度及脆性評價(jià)體系至關(guān)重要。2.甜瓜果實(shí)硬度、脆性評價(jià)方法

本試驗(yàn)擬采用感官評價(jià)、質(zhì)構(gòu)儀、高光譜儀以及電鏡切片觀察4種檢測方法，對果實(shí)硬度差異較大的兩個(gè)親本，及其雜交回交分離后代果實(shí)進(jìn)行測定，比較4種方法的異同，建立科學(xué)高效的果實(shí)硬度、脆性評價(jià)體系。

并將所得數(shù)據(jù)，采用蓋鈞鎰（2003）數(shù)量性狀混合遺傳模型主基因+多基因多世代聯(lián)合分析方法進(jìn)行分析，該方法能夠解決孟德爾經(jīng)典遺傳學(xué)不能說明的數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律，在生物的多個(gè)數(shù)量性狀遺傳研究中，可以較好地解釋數(shù)量性狀的遺傳方式和表達(dá)效果。3.甜瓜果實(shí)硬度、脆性研究進(jìn)展3.1甜瓜硬度、脆性在成熟過程中的變化

甜瓜是cucumis屬中變異性最為豐富的一個(gè)種，不僅在形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)出極大的差異，在生長發(fā)育、呼吸躍變等生理生化性狀上也表現(xiàn)出豐富的多樣性，被稱作“多態(tài)性種”。尤其是厚皮甜瓜類型如cantalupensis、inodorus、recticulatus與薄皮甜瓜類型conomon、chinensis在呼吸躍變類型、果實(shí)成熟軟化上的顯著差異，躍變特性對成熟速度和貯藏性起了相當(dāng)重要的作用。細(xì)胞壁成分的解離是果實(shí)硬度下降的直接原因（Fischer&Bennett，1991）。果實(shí)成熟是一個(gè)由基因和環(huán)境同時(shí)調(diào)控的生理學(xué)和生物化學(xué)級聯(lián)效應(yīng)的結(jié)果。在成熟的過程中，果實(shí)的硬度、顏色、香氣以及質(zhì)構(gòu)都會(huì)漸漸發(fā)生變化，直到它們產(chǎn)生了其特有的風(fēng)味和外觀。果實(shí)硬度下降的過程是決定果實(shí)質(zhì)量和貨架期的一個(gè)關(guān)鍵因素。果實(shí)采后老化的分子機(jī)制到目前為止仍不清楚，并且預(yù)防果實(shí)采后硬度和質(zhì)量的快速下降是很困難的，這就導(dǎo)致運(yùn)輸、貯藏和銷售過程中的大量損失。3.1甜瓜硬度、脆性在成熟過程中的變化

不同甜瓜果實(shí)表現(xiàn)出不同的躍變模式，甜瓜成熟過程中的多數(shù)生理學(xué)過程都可以被分為躍變型和非躍變型。比如果皮的黃化、果肉的軟化以及離區(qū)的形成等都是與乙烯相關(guān)的（Floresandothers2001;Nunz-Paleniusandothers2007;Pechandothers2008）.香氣物質(zhì)的產(chǎn)生被認(rèn)為是部分依賴于乙烯的。并且從以往采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)來部分抑制與乙烯合成相關(guān)基因的研究結(jié)果來看，轉(zhuǎn)基因甜瓜果實(shí)表現(xiàn)出對乙烯產(chǎn)量、呼吸峰形成、果皮著色、果肉軟化和果實(shí)成熟的抑制（Floresandothers2001;Silvaandothers2004）。這些研究同樣指出調(diào)控甜瓜果實(shí)成熟的路徑既有與乙烯相關(guān)的，也有不相關(guān)的。

3.2果實(shí)硬度、脆性相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展薄壁細(xì)胞通過細(xì)胞壁、半滲透膜和胞汁所具有的負(fù)水勢吸收水分形成細(xì)胞的膨壓，這種膨壓和細(xì)胞壁的機(jī)械特性在咀嚼的機(jī)械壓力下發(fā)生改變，從而使人對食品產(chǎn)生脆、硬、軟、綿等質(zhì)地上的印象（陸盛民2001）。劉春香（2003）研究了黃瓜風(fēng)味品質(zhì)的構(gòu)成因素及部分因素遺傳參數(shù)，通過對質(zhì)地品質(zhì)差異較大的4個(gè)品種果實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)，纖維素、果膠含量等的測定分析發(fā)現(xiàn)，黃瓜質(zhì)地品質(zhì)與解剖結(jié)構(gòu)、纖維素和果膠含量等關(guān)系密切。果皮細(xì)胞厚度對質(zhì)地品質(zhì)影響較大，果皮厚，皮層細(xì)胞排列緊密則果實(shí)不脆；導(dǎo)管粗，細(xì)胞形狀不規(guī)則不利于脆性提高。纖維素含量高，果實(shí)不脆；果膠含量高，果實(shí)較脆，果膠性質(zhì)對脆性也有影響。張廣英（2009）在對比4個(gè)黃光品種時(shí)發(fā)現(xiàn)水分是影響黃瓜脆性的主要原因，水分多，則黃瓜的脆性強(qiáng)，而余記柱等（1994）的報(bào)告卻認(rèn)為果實(shí)的硬度和脆性是呈正相關(guān)的。3.2果實(shí)硬度、脆性相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展果實(shí)質(zhì)構(gòu)的機(jī)制極其復(fù)雜，并且有一部分物種特異性（GoulaoandOliveira2008）。科學(xué)家為研究果實(shí)成熟過程中的軟化的分子和生物化學(xué)機(jī)制已做了大量的研究，特別是果實(shí)軟化與細(xì)胞壁修飾酶高表達(dá)的關(guān)系（ToivonenandBrummell2008;GoulaoandOliveira2008）。然而，果實(shí)質(zhì)構(gòu)或許在果實(shí)發(fā)育階段就已經(jīng)被決定了（Chaibetal.2007），并且很可能包含多種機(jī)制。截止目前，已有多篇關(guān)于果實(shí)硬度與果實(shí)各種結(jié)構(gòu)學(xué)、組織學(xué)等性狀相關(guān)性的研究。番茄（Vrebalovandothers2002;Sunandothers2012）和葡萄(Chervinandothers2004;Zhangandothers2009b;Sunandothers2010)果實(shí)的成熟以及軟化機(jī)制目前研究得相對較好，一些較為廣泛基礎(chǔ)的機(jī)制目前也已發(fā)現(xiàn)。3.2果實(shí)硬度、脆性相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)展萬賽羅等（2008）以以色列硬果型番茄為試材，研究發(fā)現(xiàn)番茄果實(shí)成熟過程中，原果膠、纖維素含量降低，可溶性果膠含量上升；PG、纖維素酶在硬度下降過程中起主要作用，與硬度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；而中PME活性高峰均在PG活性高峰之前出現(xiàn)，而且PME活性與可溶性果膠含量間無顯著的相關(guān)關(guān)系。程杰山（2006）選擇了5個(gè)果實(shí)硬度有明顯差異的辣椒品系為試驗(yàn)材料，研究發(fā)現(xiàn)與果實(shí)硬度密切相關(guān)的生理生化指標(biāo)有：果實(shí)組織結(jié)構(gòu)，可溶性果膠含量，纖維素含量，細(xì)胞壁水解酶特別是PG活性。

劉軍等（2011）以辣椒軟果和硬果自交系為親本，構(gòu)建P1、F1、P2、B1、B2和F2共6個(gè)家系世代群體，應(yīng)用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型對該6個(gè)世代群體進(jìn)行多世代聯(lián)合分析，結(jié)果表明：辣椒果實(shí)硬度遺傳符合1對加性主基因+加一顯性多基因遺傳模型。3.3甜瓜果實(shí)硬度、脆性研究現(xiàn)狀

目前對于甜瓜果實(shí)成熟軟化的研究多集中于與乙烯相關(guān)的酶或基因，Sun等（2012）研究了甜瓜果實(shí)發(fā)育及成熟過程中ABA代謝途徑中的關(guān)鍵酶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，并通過外施ABA及NDGA等研究了對乙烯合成酶基因CmACS1和CmACO1，以及細(xì)胞壁裂解酶基因CmPG1表達(dá)量的影響。Sun等（2012）以Elizabeth為試材，研究了甜瓜果實(shí)發(fā)育和成熟過程中ABA代謝途徑關(guān)鍵酶的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，外施ABA、NDGA上調(diào)了甜瓜ACS、ACO以及細(xì)胞壁分解酶PG活性。部分育種家認(rèn)為甜瓜果實(shí)中許多影響果實(shí)重量、大小、含糖量、種子數(shù)量、果肉顏色以及有機(jī)酸代謝的過程都是與乙烯無關(guān)的（Nunz-Paleniusandothers2007）。Obando等（2008）著重研究了甜瓜果實(shí)成熟和軟化的相關(guān)基因和QTLs定位，通過試驗(yàn)檢測到一些與果肉硬度相關(guān)的QTLs位點(diǎn)，并對有可能與乙烯調(diào)控、合成和細(xì)胞壁降解相關(guān)基因作圖，發(fā)現(xiàn)其與QTLs有重疊位點(diǎn)。4.關(guān)于試驗(yàn)CharentaisQueen4.1試驗(yàn)材料選擇本試驗(yàn)根據(jù)2012年6月質(zhì)構(gòu)儀測得果實(shí)硬度和脆性數(shù)據(jù)，選擇差異較大的兩種試驗(yàn)材料，分別是Charentais

和Queen，詳見表1.

以兩者為親本，構(gòu)建P1、P2、F1、F2、BC1P1及BC1P2等不同世代。表1.兩種材料的平均果實(shí)硬度和脆性田間代號(hào)品種名成熟期平均果實(shí)硬度成熟期果實(shí)脆性444Charentais33.37128.006484Queen182.961284.1424.2試驗(yàn)研究內(nèi)容（1）材料篩選：對不同類型、不同成熟時(shí)期的甜瓜果實(shí)采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行果實(shí)質(zhì)構(gòu)分析，鑒定具有較大硬度、脆性差異的甜瓜品種；（2）果實(shí)硬度、脆性研究：采用質(zhì)構(gòu)儀、高光譜儀、電鏡等較為科學(xué)的方法測定各甜瓜類型的果實(shí)硬度、脆性和結(jié)構(gòu)等相關(guān)性狀，取代以往較易產(chǎn)生人為誤差的感官評價(jià)方法，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以期建立科學(xué)的甜瓜果實(shí)質(zhì)構(gòu)特性評價(jià)體系，并分析甜瓜果實(shí)硬度、脆性的種質(zhì)資源多樣性。（3）果實(shí)硬度遺傳規(guī)律研究：選配Var.inodorus×Var.cantalupensis組合，得到P1、P2、F1、F2、BC1P1及BC1P2等不同世代，將不同世代的質(zhì)構(gòu)等數(shù)據(jù)，以蓋鈞鎰（2003）數(shù)量性狀混合遺傳模型主基因+多基因多世代聯(lián)合分析方法進(jìn)行分析，研究果實(shí)質(zhì)構(gòu)的遺傳規(guī)律；（4）果實(shí)硬度和脆性的遺傳研究：在以上研究基礎(chǔ)上，以Var.inodorus×Var.cantalupensis組合得到的不同世代為試驗(yàn)材料，克隆果實(shí)中與果實(shí)硬度和脆性相關(guān)基因，本試驗(yàn)擬研究與細(xì)胞壁分解相關(guān)的纖維素酶、多聚半乳糖醛酸酶、果膠酶、甘露聚糖酶等，并測定其時(shí)空表達(dá)差異，分析其遺傳規(guī)律。4.3技術(shù)路線總體分為三部分：

1.建立科學(xué)合理的甜瓜果實(shí)硬度、脆性評價(jià)體系，2.根據(jù)不同甜瓜世代質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)材料的遺傳規(guī)律；

3.分析甜瓜果實(shí)硬度、脆性相關(guān)基因在不同品種、同一品種不同時(shí)期的表達(dá)差異。參考文獻(xiàn)[1]Beaulieu,J.,2006.Volatilechangesincantaloupeduringgrowth,maturation,andinstored

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