细胞壁多糖代谢与木菠萝果实质地品质发育的关系

木菠萝（Artocarpus heterophyllus Lam）为我国优稀热带果树之一，依其果实质地类型不同，分为软肉和硬肉两类品种。成熟后，硬肉型品种质地爽脆，软肉型品种果肉软而不成形。本研究通过比较分析两类果实在发育和成熟过程中的细胞壁修饰酶活性及其基因表达情况，弄清菠萝蜜果实质地品质发育中的细胞壁多糖代谢机制，找出两者在细胞壁多糖代谢上的可能差异，为果树果实质地发育、木菠萝品种选育和果实贮运研究提供理论素材。主要研究内容包括：1）木菠萝蜜软、硬肉型果实主要细胞壁多糖代谢酶基因的克隆；2)主要细胞壁多糖代谢酶活性在果实发育和成熟过程中的变化；3）主要细胞壁多糖代谢酶基因在果实发育和成熟过程中的表达变化；4）木菠萝果实自由N-聚糖（N-glycan）及其代谢酶在果实成熟中的作用。

根据果肉质地差异，木菠萝可分为软肉型和硬肉型，对其质地形成机理的了解是品质育种和采后贮藏技术研发的理论基础。项目以软肉和硬肉型木菠萝为材料，分析了果实发育和成熟过程中的细胞壁多糖结构与成分、细胞壁多糖代谢相关酶活性及基因表达变化，探讨了细胞壁多糖代谢与木菠萝果实质地品质发育的关系。获得的主要结果有，1）Na2CO3-溶性果胶含量在硬肉型果实中呈上升趋势，而在软肉型果实中变化不大或略有上升，其分子量均有变小的趋势，其高分子量组分含量在硬肉型果实的成熟后期上升；4 % KOH溶性细胞壁多糖含量在硬肉型果实中先上升，在阶段II时达到高峰，然后下降，特别是大分子量组分下降显著，而在软肉型果实中，则不断下降，到达完熟阶段时略有上升。2）水溶性多聚半乳糖醛酸酶在软肉型果实的成熟软化过程中呈持续上升趋势，但在硬肉型果实中变化不大；水溶性β-半乳糖苷酶在软肉型果实中的活性较高，并在果实成熟软化过程中不断上升，在阶段III到达高峰，随后下降，而在硬肉型果实中的活性变化不大。3）软肉型果实的水溶性蔗糖酶活性和水溶性淀粉酶活性在果实成熟阶段III最高，随后下降，硬肉型果实的水溶性蔗糖酶和水溶性淀粉酶活性则变化不大；淀粉水解是木菠萝成熟果实的主要糖分来源，其可溶性总糖以蔗糖为主，其次是果糖和葡萄糖，果糖与葡萄糖比例因基因型而异。4）根据木菠萝果实转录组数据，共找到果胶甲酯酶基因19个、果胶甲酯酶抑制剂基因11个、多聚半乳糖醛酸酶基因27个、阿拉伯呋喃糖苷酶基因5个、半乳糖苷酶基因17个、淀粉酶基因27个、转化酶基因11个、甘露糖苷酶基因13个、木聚糖酶基因1个、木糖苷酶基因4个、纤维素酶基因9个。5）以筛选出的UBQ、GAPDH、18S rRNA为内参基因，分析了果实发育及成熟过程中12个基因的表达水平变化，其中，多聚半乳糖醛酸酶基因和纤维素酶基因的表达水平不断下降；果胶甲酯酶基因、果胶甲酯酶抑制剂基因、阿拉伯呋喃糖苷酶基因、ɑ-半乳糖苷酶基因在成熟阶段II出现表达高峰；ɑ-淀粉酶基因的表达水平持续上升；未找到其表达水平变化与软肉或硬肉相关的单个基因。6）克隆并分析了木菠萝β-半乳糖苷酶基因的cDNA全长序列。通过以上研究，项目初步弄清了木菠萝果实发育和成熟过程中细胞壁多糖代谢酶及其基因的表达变化及其与果实品质形成的关系，为后续研究奠定了基础，其中的很多研究在木菠萝中都是开创性的。