柑橘中类胡萝卜素生物合成的表达调控研究

高等植物中类胡萝卜素合成受多个因子的调控，因缺乏理想的研究体系，其调控机理研究进展缓慢。柑橘的愈伤组织与外植体的遗传背景相同，同样可以合成类胡萝卜素，兼具继代周期短、受环境变化反应迅速等优点；在除草剂处理后，其类胡萝卜素变化趋势与果实的反应相似，是从事类胡萝卜素生物合成调控等项研究的理想材料。同时，避开了以多年生植物为研究对象的瓶颈性难题。本项目拟以红马叙葡萄柚（Citrus Paradisi）等柑橘的胚性愈伤组织为材料，通过改变环境因子/培养条件，采用生物化学、分子生物学等方法，找到介导环境因子/自身基因表达水平/类胡萝卜素产物合成之间差异表达的基因或调控基因，验证其相关调控基因的表达模式，以部分解释其调控机理。本研究对丰富该类色素生物合成途径中调控机理的基础理论，以最终指导柑橘等园艺作物果实色泽品质的遗传改良和田间栽培实践，具有重要的理论和实践意义。

富含类胡萝卜素的柑橘愈伤组织是高等植物中类胡萝卜素合成与调控研究的理想材料。本项目以红马叙葡萄柚（Citrus Paradisi）等柑橘的胚性愈伤组织为材料，通过改变光照和光质、在培养基中添加不同浓度的糖和除草剂CPTA等培养条件，采用HPLC及基因芯片、qRT-PCR、HPLC-MS、GC-MS等手段和方法，发现柑橘中果皮和愈伤组织中PSY和PIF基因对红光反应的不同，分别呈相反和一致的态势；不同基因型柑橘愈伤组织中类胡萝卜素的合成对光的反应不同，在不同基因型中，PSY、PDS和CRTISO基因都可能受到光的调控。CPTA不仅能有效地促进类胡萝卜素（尤其是番茄红素）的合成积累，还刺激类黄酮和生物碱类等次生代谢物的合成。但是，类胡萝卜素的代谢不是受CPTA影响最大的次生代谢途径；CPTA处理后IAA的增加可能是引起类胡萝卜素总量激增的部分原因。外源糖分能刺激愈伤组织中类胡萝卜素的合成，在较高糖分浓度下，类胡萝卜素的合成受到抑制；分析表明，外源糖分可能是通过诱导糖转运及糖信号基因SUT，TMT和HXK的表达，间接调控愈伤组织中类胡萝卜素的合成。研究还成功构建了CsPIF基因的超量表达载体，为以后的功能验证奠定了基础。本研究对丰富该类色素生物合成途径中调控机理的基础理论，以最终指导柑橘等园艺作物果实色泽品质的遗传改良和田间栽培实践，具有重要的理论和实践意义。