枣(Ziziphus jujube Mill.)是一种多年生灌木或小乔木,属鼠李科。枣果实发育过程涉及果皮细胞分裂和扩张,是细胞壁生物合成和重塑之间的动态相互作用结果。纤维素酶是糖苷水解酶9(glycoside hydrolase 9,GH9)基因家族的主要成员,与细胞壁分解密切相关。为明确GH9基因家族在枣果皮发育过程中的作用,以狗头枣果实为材料,对其发育幼果期(Fluorescence biomodulationStageⅠ)、青果期(StageⅡ)、膨大期(StageⅢ)、白熟期(StageⅣ)、半红期(StageⅤ)和全红期(StageⅥ)6个不同阶段果皮的纤维素含量、纤维素酶活性、细胞组织结构、GH9基因家族的生物信息学分析及基因表达进行了研究。利用模式植物拟南芥与枣GH9基因序列相似性高的T-DNA插入突变体来推测枣GH9基因的功能,在GH9基因家族成员中筛选出一个表达量最高的纤维素酶基因Zj GH9C3,并对该基因进行的功能研究。取得主要结果如下:(1)6个时期狗头枣果实转录组测序分析,共检测得到18878个基因,其中7015个DEGs基因上调,11863个DEGs基因下调。在枣果发育初期(Stage I～Stage IV),KEGG富集显示,差异基因显著富集在苯丙氨酸代谢和类黄酮生物合成等代谢途径;GO富集显示,差异基因显著富集在与水解酶活性密切相关的分子功能中。从枣基因组中鉴定到30个GH9基因家族成员,按照系统发育关系分为GH9A、GH9B和GH9C共3个亚族。蛋白质结构域包括Glyco＿hydro＿9超家族、CBM＿2超家族等,其中有3个基因属于CBM＿2结构域,即具有结合纤维素的功能。GH9基因表达模式分析显示,所鉴定的30个GH9基因中有17个基因在果皮发育的StageⅠ～StageⅢ均有表达且表达量高,而在StageⅣ～StageⅥ表达量低;荧光定量PCR验证结果显示,8个差异表达www.selleck.cn/products/byl719基因的表达量均随枣果实发育进程逐渐降低,其变化趋势与转录组测序结果的表达水平变化趋势一致。(2)在狗头枣果实发育过程中,果皮纤维素含量整体呈下降趋势。于StageⅢ达到最高(217.33 mg/g),随后快速显著下降并于StageⅥ降至最低(98.51mg/g);果皮纤维素酶活性整体呈显著上升趋势,于StageⅥ升至最高(200.24U/g);不同发育期果皮纤维素含量与纤维素酶活性及GH9基因家族成员表达量相关性分析显示,枣果皮纤维素含量与纤维素酶活性显著负相关,GH9基因家族成员表达量和纤维素含量显著正相关(p<0.05)。观察不同发育期枣果皮细胞组织结构,细胞壁颜色由蓝绿色逐渐变为浅蓝进而转为粉色,细胞结构排列逐渐松散。说明狗头枣果皮细胞壁的纤维素含量在发育过程中逐渐减少,其变化趋势与8个候选基因的q RT-PCR结果及转录组测序测定的差异基因表达水平趋势基本一致。(3)选择与枣GH9基因序列同源性高的拟南芥GH9 T-DNA突变体。At GH9突变体表型分析显示,其莲座叶数目、根长、株高、角果长度和结籽数均显著大于野生型。At GH9突变体的角果纤维素含量与野生型相比显著降低,而角果纤维素酶活性与野生型相比显著升高(p<0.05),且At GH9基因在野生型角果中的表达量较低甚至不表达。表明At GH9突变会影响拟南芥角果细胞壁纤维素的合成。(4)构建Zj GH9C3过表达载体并转化拟南芥。p Zj GH9C3selleck PEG300过表达植株在基因水平和蛋白水平检测到p Zj GH9C3基因在转基因拟南芥角果部位高度表达。p Zj GH9C3在角果的表达影响了转基因拟南芥角果发育的表型,对角果纤维素含量和纤维素酶活性进行分析,发现角果纤维素含量显著低于野生型,而角果纤维素酶活性显著高于野生型。说明p Zj GH9C3催化角果细胞壁纤维素的降解,影响了角果的生长发育。综上所述,研究表明GH9基因家族在枣果发育过程中降低果皮纤维素含量,并参与了果皮发育过程中的细胞分化。