黄皮DFR基因的克隆与成熟过程部分生理指标的分析

【作者】 赵志常； 高爱平； 黄建峰； 罗睿雄； 刘宽亮；

【机构】 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部华南作物基因资源与种质创制重点开发实验室国家热带果树品种改良中心； 海南大学农学院；

【摘要】 黄皮[Clausena lansium（Lour.）Skeels.]果实富含类胡萝卜素和黄酮类等物质,其中黄酮类物质的合成途径是黄皮果实着色的一个主要的代谢途径。二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol4-reductase,DFR）是花色素苷生化合成途径中的一个关键酶,自O’Reilly等1985年采用转座子标签技术从玉米（Zea mays）和金鱼草（Antirrhinum）中分离了DFR基因以来,先后从多种植物中得到了克隆,包括甜樱桃、石榴、山葡萄、猕猴桃、山竹子、荔枝、杧果等果树。近来的研究表明,不同物种的DFR基因在不同发育期和部位的时空表达特性也有所不同,其表达模式同时也受到多种环境因素的影响。希望能给黄皮果实着色的机理和最佳的食用时期研究提供一定的依据。采用同源克隆得到一个黄皮果实DFR基因,分析其在绿果期、黄果期、褐果期的表达情况,同时分析这3个阶段的叶绿素、类胡萝卜素、类黄酮、花色素苷、可溶性糖含量等。结果发现:黄皮果实的二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase,DFR）基因全长cDNA全长为1 087 bp,开放阅读框为1 023 bp,编码340个氨基酸;对基因组扩增得到了长1 883 bp的片段,该基因含有5个内含子,分别在167²63、432⁶00、983¹ 093、1 255¹ 402、1 597¹683 bp。对不同着色的黄皮果实中的DFR基因表达分析,绿色果中表达量较高,而黄色果中表达量较低。通过系统发育分析发现该基因编码的蛋白与荔枝、山竹子、山葡萄和紫花苜蓿等植物具有较近的亲缘关系。对叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性糖和类胡萝卜素的分析发现,叶绿素随着果实的成熟逐渐降低,可溶性糖随着果实的成熟先降低后升高,到达风味最好的褐色时含量最高。类胡萝卜素和类黄酮含量在绿色果实中含量最高,分别为0.171 mg·g^-1和170.86μg·g^-1,而在黄色果实中的含量最低分别为0.052 mg·g^-1和126.1μg·g^-1;花色素苷的含量在果实从绿到褐色的整个发育过程变化量较少,一般在0.046⁰.052 mg·g^-1之间。初步推断,随着黄皮果实的成熟,叶绿素含量快速降低,在黄果期和褐果期,叶绿素含量逐渐趋于稳定的含量。黄皮果实的着色过程可能与黄酮类物质和类胡萝卜素合成相关,而与花色素苷的合成并不密切。随着果实的成熟,其果实可溶性糖的含量快速增加,在风味最好的褐果时期,可溶性糖的含量最高。因此黄皮果实的最佳食用时期,应该是果实变成褐色的时期的时候,当然也有例外的,对于某些糖含量一直比较稳定的品种（如一些‘白糖’品种）,并没有褐色果实时期,其最佳的食用时期为黄色果期。更多还原