山楂CpPG基因家族鉴定及表达模式分析OA

【目的】不同山楂品种间质地差异显著,但其调控果实质地变化的分子基础尚不清晰。本研究旨在以质地差异显著的山楂品种为材料,全基因组鉴定果实软化的关键因子多聚半乳糖醛酸酶(PG)基因家族成员,探究其在山楂果实软化和品种间质地分化过程中的表达特异性,寻找与山楂果实硬度相关的的候选PG基因,以期为解析山楂果实质地的调控机制奠定前期理论基础,也为后期通过分子设计育种改良山楂果实品质提供候选基因资源。【方法】基于山楂基因组数据鉴定PG基因家族成员,分析其理化性质、亚细胞定位、系统发育、基因结构、保守基序、启动子顺式作用元件及转录因子结合位点,解析染色体分布、基因复制类型、选择压力及跨物种共线性;测定‘金如意’和‘豫北红’果实发育期的硬度和果胶含量;通过qRT-PCR分析CpPG表达模式,并进行基因表达量与表型的相关性分析。【结果】(1)在山楂基因组中共鉴定到68个CpPG成员,理化性质差异较大;且约44%定位于细胞核中。(2)系统发育分析将其划分为6个亚族,各亚族成员间基因结构较为保守,所有CpPG均包含Glyco_hydro_28催化结构域和5个保守Motif。(3)启动子顺式作用元件分析显示,CpPG启动子区域富含激素响应与低温响应相关元件。(4)基因复制分析表明,全基因组复制与分散复制是CpPG家族扩张的主要方式,纯化选择是其进化保守的主要驱动力。(5)两个果实硬度差异的品种‘金如意’和‘豫北红’在果实软化过程中果实硬度均逐渐降低,总果胶含量均呈先升后降趋势,而水溶性果胶含量随成熟度持续上升。(6)qRTPCR结果表明,CpPG4在果实发育后期特异性高表达的G1组,且在‘金如意’中的表达量极显著高于‘豫北红’。(7)仅CpPG4表达量与果实硬度呈极显著负相关,与水溶性果胶含量呈极显著正相关,推测该基因在调控山楂果实软化和品种间质地分化过程中发挥作用。【结论】山楂基因组中鉴定出68个CpPG基因,启动子普遍富含低温及激素响应元件,家族扩张主要依赖分散复制和全基因组复制,纯化选择维持进化保守性。CpPG4通过促进果胶溶解驱动果实软化,其品种间差异表达是果实质地分化的关键分子基础。本研究为解析山楂果实质地形成的分子机制提供了理论依据,也为通过分子育种改良果实硬度提供了关键基因资源。