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武漢植物園科研人員解析桃果實(shí)成熟的早晚及其對風(fēng)味影響的原因
桃是我國重要栽培果樹，栽培面積和總產(chǎn)量均約占世界總量的一半。桃屬于呼吸躍變型果實(shí)，成熟后迅速軟化，極不耐貯運(yùn)，需要通過調(diào)控熟期以延長鮮果供應(yīng)期。已有研究表明，桃果實(shí)成熟期是受主效 qMD4.1 位點(diǎn)控制的數(shù)量形狀，且成熟期長短與決定果實(shí)風(fēng)味的糖酸含量存在顯著相關(guān)性，但相關(guān)機(jī)理不清。
武漢植物園果樹分子育種研究團(tuán)隊(duì)采用遺傳學(xué)研究方法，明確了桃果實(shí)成熟期主效 qMD4.1 位點(diǎn)包含兩個(gè)候選基因PpNAC1 和 PpNAC5 。生理生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，這兩個(gè)NAC轉(zhuǎn)錄因子不僅能夠激活乙烯合成和細(xì)胞壁降解相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄促進(jìn)果實(shí)的成熟，而且能誘導(dǎo)細(xì)胞伸長相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)果實(shí)的膨大，最終實(shí)現(xiàn)對果實(shí)成熟期的調(diào)控作用。除此之外，PpNAC1 和 PpNAC5 還可誘導(dǎo)糖轉(zhuǎn)運(yùn)體基因和有機(jī)酸降解相關(guān)基因的表達(dá)，從而參與桃果實(shí)糖酸含量的調(diào)控(圖1)，闡明了桃果實(shí)成熟期影響果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的遺傳機(jī)制(圖2)。有趣的是，被子植物中都包含 NAC1 和 NAC5 的直系同源基因，并且它們在雙子葉植物中都是相鄰排列在同一條染色體上，而在單子葉植物中一般位于兩條不同染色體上;但裸子植物中不存在 NAC1 和 NAC5 的直系同源基因。鑒于被子植物有果實(shí)而裸子植物不形成果實(shí)這一事實(shí)，推測 NAC1和 NAC5 在果實(shí)發(fā)育中扮演著重要角色。上述研究結(jié)果為桃果實(shí)成熟期以及早熟桃風(fēng)味品質(zhì)的遺傳改良提供了理論與技術(shù)支撐。
相關(guān)研究結(jié)果以 Two adjacent NAC transcription factors regulate fruit maturitydate and flavor in peach 為題發(fā)表在 New Phytologist 期刊。武漢植物園果樹分子育種研究團(tuán)隊(duì)助理研究員張若西和博士研究生劉玉頔為論文的共同第一作者，武漢植物園韓月彭研究員和廖燎副研究員以及安徽農(nóng)科院的周暉副研究員為該論文的通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA24030404)、國家自然科學(xué)基金(32102363和 32272687)、國家桃產(chǎn)業(yè)體系(CARS-30)、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室(2021hszd017)和湖北省科技創(chuàng)新人才及服務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目(2022EHB045)的資助。
圖1 PpNAC1和 PpNAC5 調(diào)控桃果實(shí)膨大、成熟和糖酸品質(zhì)
圖2 PpNAC1 和 PpNAC5 協(xié)同調(diào)控桃果實(shí)成熟和風(fēng)味品質(zhì)的分子機(jī)制模型
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