夏橙类胡萝卜素合成关键酶基因（PSY、PDS和ZDS基因）的克隆及表达分析-论文网

P1至P7的发育进程中相应基因的表达变化为：PSY基因在P1-P3表达较弱，在果实成熟转黄的P4及P5期增强，在夏橙果实发育后期（P6和P7）PSY基因表达又减弱；PDS基因在检测的各个阶段均有表达，但在果皮呈黄色的P4和P5阶段表达最高；ZDS基因在P1至P3期表达极弱，P4期显著增强，P5期又有所降低，之后没有检测到表达（图5B）。

跟踪观察夏橙果实后期的生长发育过程及果皮外观的颜色变化，将夏橙果实的后期生长发育过程分为7个时期。P1至P7的发育过程中，类胡萝卜素合成途径中PSY、PDS、ZDS基因表达的变化为（图3）：PSY基因在P1至P3期表达较弱，P4及P5期增强，之后又减弱；PDS基因在果实后期发育的各个时期均有表达，其中P4和P5期的表达最高；ZDS基因在P1至P3期表达极弱，P4期显著增强，P5期有所降低，之后没有检测到表达。

图35夏橙果实后期发育进程过程中果皮类胡萝卜素总量（A)及果皮PSY、PDS、ZDS基因表达(B）的的变化

Fig.35ChangesoftotalcarotenoidsandPSY、PDS、ZDSgeneexpressioninpericarpinduring

thelatedevelopmentalstagesofValenciaOrange

pericarpduringfruitdevelopment

3.讨论：

在夏橙果实后期生长发育及成熟过程中，果皮颜色发生着由青到黄然后又返青的变化，类胡萝卜素总量的变化趋势与果皮颜色的变化一致，说明果皮中类胡萝卜素的含量决定了夏橙的果皮颜色。这一结果也证明了类胡萝卜素的含量与组成直接决定柑桔成熟果实的色泽，从而影响果实的商品性。前人研究结果表明植物体内类胡萝卜素生物合成的调控点位于类胡萝卜素生物合成相关基因的转录水平上，其中PSY、PDS、ZDS基因分别编码类胡萝卜素生物合成途径中的八氢番茄红素合成酶（PSY）、八氢番茄红素脱氢酶（PDS）和ζ-胡萝卜素脱氢酶（ZDS），调控植物体内类胡萝卜素生物合成的关键限速反应。本文克隆了夏橙类胡萝卜素合成过程中三个关键酶基因的3’末端全长，序列分析表明夏橙果皮PSY、PDS和ZDS基因cDNA片段与多种物种中相对应的同类基因cDNA序列高度同源，因此推测克隆的PSY、PDS和ZDS基因可能参与调控夏橙果皮中类胡萝卜素的合成。

在夏橙果皮呈最明亮黄色，类胡萝卜素含量最高的P4阶段，PSY、PDS、ZDS基因表达水平也最高，随着果皮返青现象的出现，类胡萝卜素总量和PSY、PDS、ZDS基因表达水平均降低，暗示夏橙果皮内类胡萝卜素的合成受PSY、PDS、ZDS基因表达的调控。另外，在P1-P3期，PSY和ZDS基因表达较弱，而PDS表达较强，这可能由于在果实类胡萝卜素积累水平达到最高之前，PDS基因表达对类胡萝卜素的合成起主导作用，这与柑橘果实类胡萝卜素的积累是PSY、PDS和ZDS等基因协同表达的结果相一致。另外，夏橙中PSY、PDS、ZDS基因3’末端全长的克隆，为从分子水平上进一步阐明柑橘果实外观色泽的形成机理及用遗传工程技术实现柑橘果实外观色泽的调控奠定基础，对丰富植物体内类胡萝卜素生物合成的机理研究也有重要的理论意义。

首次分离出类胡萝卜素生物合成基因是从荚膜红细菌(Rhodobactercapsulatus)中（Armstrongetal.,1989）,随后也从噬夏孢欧文氏菌(Erwiniauredovora)中也克隆到参与类胡萝卜素合成的基因（Armstrongetal.,1990）。其中，PSY始由1987年发现（Rayetal.,1987），后来被证实（Birdetal.,1991）；随后PDS基因（Peckeretal.,1992）和ZDS（Palaisa，2003）也被分离出来。本研究首次从夏橙中克隆到三个类胡萝卜素合成关键酶基因，且与其它水果种类同源性高达90%，

类胡萝卜素含量与组成直接决定了柑桔成熟果实的色泽，从而影响果实的商品性（徐昌杰和张上隆2002；徐昌杰2004）。夏橙发育的7个时期中，果皮颜色发生着青-黄-青的变化，P4期，PSY、PDS、ZDS基因表达水平最高，合成的类胡萝卜素含量也达到最大值，这此期果实外观为全黄色相一致；另外，在P1-P3期，PSY和ZDS基因表达较弱，而PDS表达较强，这可能是由于在果实达到全黄之前PDS起积累胡萝卜素的主要作用，这与柑橘果实类胡萝卜素的积累是PSY、PDS和ZDS等基因协同表达的结果相一致（Katoetal.,2004）。

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