基于AAT表达调控和转录组测序的草莓酯类差异分子机理研究

Aroma is one of the major quality characteristics of strawberry. Understanding and regulating aroma formation are an important area in strawberry quality research. Volatile esters are the biggest group of strawberry aroma compounds and play a key role in aroma formation. The type and amount of esters differ significantly between species and cultivars having different aroma patterns. Studying formation mechanism of ester differences is very helpful for regulating strawberry aroma. In this project, expression of AAT gene in F. ×ananassa is up- and down-regulated by genetic transformation and differential expressed genes in transgenic fruits of half-red and red stages are studied by RNA sequencing. The aim is to identify the genes involving in the synthesis and regulation of strawberry esters and to explore the relationship between ester synthesis and metabolic pathways of other aroma compounds. Molecular mechanism of ester differences will be illuminated and will provide theoretical foundation for effectively regulating strawberry aroma.

香气是草莓的主要品质性状，了解其形成过程并加以调控是草莓研究的重要方向。挥发性酯是草莓的第一大类香气成分，在香气形成中起关键作用，其种类和数量在不同种和不同香气类型品种间存在显著差异，研究酯类差异形成机理对今后调控草莓香气具有重要意义。本项目通过调控草莓醇酰基转移酶基因AAT的表达，结合转录组测序，对转基因株系中差异表达基因进行研究，旨在充分挖掘参与酯类代谢和调控的基因，并探寻酯类合成与萜烯类等其它香气成分代谢途径间的联系，以深入阐明酯类差异分子机理，为有效调控草莓果实香气提供理论依据。

香气是草莓的主要品质性状，挥发性酯是草莓的第一大类香气成分，赋予草莓果香味和花香味特征，在香气形成中起关键作用，其种类和数量在不同种和不同香气类型品种间存在显著差异，但酯类差异形成机理尚不甚明了。本项目在草莓酯类合成关键酶基因AAT表达调控的研究基础上，筛选出AAT酶活性和酯类含量增加或降低幅度最大的株系各1个，以野生型为对照，在半红期、全红期取样，进行果实挥发性成分检测和转录组测序。研究结果表明，调控AAT表达显著影响了果实酯类和萜烯类的含量和比例，和对照相比，AAT上调株系全红期酯类含量和比例显著增加，半红期和全红期萜烯类含量降低，而AAT下调株系全红期酯类含量和比例显著降低，半红期萜烯类含量则增加。通过转录组测序和RT-qPCR验证，筛选出9个与挥发性成分合成相关的差异表达基因。对挥发性成分构成和差异基因表达进行分析发现，ALDHs与乙酰CoA的合成相关，ALDH2C4表达量增加能提高乙酸酯的数量、含量；LACS4参与长链酰基酯合成。ALDH2C4和LACS4是参与草莓酯类合成的重要基因，能影响果实酯类构成。草莓酯类差异不仅受代谢途径中各关键酶基因的调控，还与酶促反应的底物供给密切相关。TKT2、ISPF、CYP71A25等基因在半红期的表达趋势与萜烯类含量相符，是参与萜烯类代谢的重要基因。TKT2和ISPF同属甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）代谢途径，说明MEP途径是本研究中果实萜类合成的主要代谢途径， 而甲羟戊酸（MVA）途径中异戊烯二磷酸合成的最初底物为乙酰CoA，同时乙酰CoA也是酯类合成的底物，MVA途径可能与酯类合成存在底物竞争。本项目通过调控草莓醇酰基转移酶基因AAT的表达，结合转录组测序，挖掘了参与酯类代谢和调控的基因，提出了酯类差异分子机理，探寻了酯类合成与萜烯类合成间的联系，对今后有效调控草莓果实香气具有重要意义。