全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2016, 52 (5): 755–761　　doi: 10.13592/j.cnki.ppj.2016.0062 755
收稿 2015-02-25　　修定 2016-04-28
资助 山东省泰山学者建设工程专项经费。
* 通讯作者(E-mail: yuankj@vip.sina.com)。
苹果果实可溶性固形物含量相关基因的全基因组筛选与分析
苑克俊*, 程来亮, 牛庆霖, 王江勇
山东省果树研究所, 山东泰安271000
摘要: 可溶性固形物含量是苹果果实品质的重要指标。在果实成熟期对苹果杂交后代的果实可溶性固形物含量进行测定,
从中选择6个可溶性固形物含量低和4个含量高的植株分成2组, 在转录组水平上对其果实的基因表达进行比较分析。结果
筛选出14个差异表达基因, 其中包括蛋白激酶基因和甲基转移酶基因, 表明蛋白质磷酸化和甲基化可能和苹果果实可溶性
固形物含量相关。另外, 差异表达基因还包括转录因子、细胞色素b6-f复合体亚单元7、形成素类蛋白和1-脱氧-D-木酮
糖-5-磷酸合成酶等基因。这些结果为通过深入研究找出影响苹果果实可溶性固形物含量的关键基因提供了线索, 苹果果
实可溶性固形物含量和上述这些基因的关系值得进一步研究。本研究还初步证实了基于转录组测序技术的数量性状集群
分离分析法是可行的。
关键词: 苹果; 果实; 可溶性固形物; 转录组; 基因
苹果果实可溶性固形物的主要成分是糖分,
其含量是一个重要的果实品质和商品价值指标,
研究果实可溶性固形物含量相关基因具有重要意
义。首先, 通过在全基因组范围内研究相关基因,
找出影响果实可溶性固形物积累的关键基因, 有
助于在分子辅助育种中应用或者采用基因工程手
段控制果实可溶性固形物含量。过去由于实验方
法和技术的限制, 在全基因组范围内进行这方面
的研究很困难。近年来转录组测序技术的发展使
得这方面的研究成为可能。本研究采用转录组测
序技术筛选苹果果实可溶性固形物含量相关基因,
可以在转录组水平上了解影响苹果果实可溶性固
形物累积的相关基因, 也有助于今后针对苹果相
关基因开展深入研究, 找出关键基因, 解决目前进
行苹果分子育种和遗传改良时目标基因不明确的
问题。
以往对苹果果实可溶性固形物的研究主要集
中在其积累规律和糖分转运机理上。研究表明,
山梨醇和蔗糖是苹果树光合作用的主要产物, 在
苹果生长过程中, 由叶子制造的光合产物主要以
山梨醇的形式运输到果实中, 果实内的糖以积累
为主, 少部分用于生长与生命活动的维持, 大部分
转变为淀粉或其他糖类物质储藏在果实内(秦静远
和张佐省1997; 邓丽莉和生吉萍2012)。当苹果接
近成熟期或者进入成熟期时, 由于淀粉酶、转化
酶及蔗糖合成酶活性的提高 , 淀粉转化为葡萄
糖、果糖和蔗糖等可溶性糖, 前期积累的淀粉含
量急剧下降, 这些可溶性糖含量增加(丁平海和王
中英1997; Berüter 2004; 邓丽莉和生吉萍2012)。
研究表明, 糖的转运载体存在于苹果果肉细胞的
质膜上, 糖跨苹果果肉细胞的质膜和液泡膜运输,
是一个需要能量的主动过程(吕英民等1999)。目
前, 山梨醇和蔗糖转运子均已被发现。龚晏(2008)
从‘皇家嘎拉’苹果叶片中分离得到一种以跨膜蛋
白结构形式存在的山梨醇转运子。Fan等(2009)在
苹果中发现了一种定位于质膜上的蔗糖转运子
(MdSUT1)和一种山梨醇转运子(MdSOT6), 这两种
不同的转运子能与锚定于内质网的细胞色素b5
(MdCYB5)结合, 形成的复合物能够起到上调转运
子亲和力的功能。这些结果说明, 果实可溶性固
形物的形成和积累涉及一些酶和转运子, 理论上
这些酶和转运子影响果实可溶性固形物含量, 也
可能有未知因子影响果实可溶性固形物含量。但
上述这些酶和转运子是否是关键基因有待进一步
探讨。有研究者试图通过QTL定位分析找出果实
可溶性固形物含量相关基因, 但结果在不同品种
上并不一致(Kunihisa等2014)。
总之, 目前影响果实可溶性固形物含量的相
关基因研究报道甚少。本研究首次在全基因组范
围内筛选苹果果实可溶性固形物含量的直接相关
基因。在分析比较可溶性固形物含量低和含量高
的2组植株果实基因表达差异的基础上, 试图找出
有显著性差异的基因, 探讨这些基因在苹果果实
可溶性固形物累积过程中的作用, 为通过深入研
植物生理学报756
究找出关键基因、阐明苹果果实可溶性固形物累
积的机制提供有价值的信息。
材料与方法
1 试验材料准备、可溶性固形物测定和RNA提取
试验材料采自山东省果树研究所天平湖试验
果园, 为9株‘富士’和‘嘎拉’苹果(Malus domestica
Borkh.)杂交后代果实, 以及1株‘富士’和未知红色
苹果杂交后代(W21)果实, 是从81株苹果杂交后代
中筛选的。2015年8月和9月在果实成熟期采摘果
实, 用WZ-103手持式折光仪测定81株苹果杂交后
代果实可溶性固形物含量, 然后根据测定结果并
参考往年测定结果, 选择6个可溶性固形物含量低
和4个含量高的植株, 于2015年9月17日采摘果实,
在其果肉部位取样, 在液氮中冷却, –76°C保存, 以
干冰包装运输到北京在百迈客生物科技有限公司
进行转录组测序实验。总RNA利用天根公司植物
总RNA试剂盒提取, 提取后分别采用Nanodrop、
Qubit 2.0、Aglient 2100方法检测RNA样品的纯
度、浓度和完整性等, 以保证使用合格的样品进
行转录组测序。
2 RNA文库构建和测序数据分析
样品检测合格后, 构建RNA文库, 建库过程中
采用了RNA样品准备试剂盒[E7490, NEBNext®
Poly(A) mRNA Magnetic Isolation Module]。建库主
要流程如下: (1)用带有Oligo(dT)的磁珠富集真核生
物mRNA。(2)将Fragmentation缓冲液和mRNA溶液
置于一个PCR管中随机打断mRNA。(3)以mRNA
为模板, 用六碱基随机引物合成第一条cDNA链。
然后加入缓冲液、dNTPs、RNase H和DNA poly-
merase I合成第二条cDNA链, 利用AMPure XP
beads纯化cDNA。(4)纯化的双链cDNA再进行末
端修复、加A尾并连接测序接头, 用AMPure XP
beads进行片段大小选择。(5)最后通过PCR富集得
到cDNA文库。
文库构建完成后, 分别使用Qubit2.0和Agilent
2100对文库的浓度和插入片段大小进行检测: (1)
使用Qubit2.0进行初步定量, 使用Agilent 2100对文
库的插入片段大小进行检测, 插入片段大小符合预
期后才可进行下一步实验。(2) 用Q-PCR方法对文
库的有效浓度进行准确定量, 完成库检。库检合格
后, 用IlluminaHiSeq测序平台进行高通量测序。
对原始数据进行过滤, 去除其中的接头序列及
低质量读数获得高质量的合格数据(clean data)。利
用TopHat软件(Trapnell等2009), 将合格数据与指
定的参考基因组进行序列比对, 获得比对到参考
基因组转录本上的基因组匹配数据(mapped data)。
本研究主要是利用MalDomGD1.0版参考基因组
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly?LinkName
=genome_assembly&from_uid=358)进行分析。基
于基因组匹配数据, 进行插入片段长度检验、随
机性检验等测序文库质量评估 , 进行表达量分
析、新基因发掘等。根据基因在不同样品或不同
样品组中的表达量进行差异表达分析、差异表达
基因功能注释等高级分析。为了解某些信息也利
用GDR数据库(http://www.rosaceae.org/)中的苹果
参考基因组V1.0p进行了分析, 基因功能注释是2
个参考基因组的综合分析结果。
3 差异表达基因的鉴定
为了让片段数目能真实地反映转录本表达水
平, 需要对样品中的基因组匹配读数(mapped reads)
的数目和转录本长度进行归一化。本研究采用
Cufflinks软件的Cuffquant和Cuffnorm组件进行分
析, 采用FPKM (fragments per kilobase of transcript
per million fragments mapped)作为衡量转录本或基
因表达水平的指标(Trapnell等2010), FPKM计算公
式如下:
FPKM=比对到某一转录本上的片段数目/[比
对到转录本上的片段总数 (百万 )×转录本长度
(kb)], 公式中, 比对到某一转录本上的片段数目指
双端Reads数目; 比对到转录本上的片段总数, 以
106为单位; 转录本长度, 以103个碱基为单位。
差异表达分析使用DESeq软件进行(Anders和
Huber 2010), 获得两个样品之间的差异表达基因
集。在差异表达基因检测过程中, 将差异倍数(fold
change)≥2且错误发现率(false discovery rate, FDR)
<0.01作为筛选标准。这里, 差异倍数表示两样品
(组)间表达量的比值, 错误发现率是通过对差异显
著性P值(P-value)进行校正得到的。由于转录组测
序的差异表达分析是对大量的基因表达值进行独
立的统计假设检验, 会存在假阳性问题, 因此在进
行差异表达分析过程中, 采用了公认的Benjami-
苑克俊等: 苹果果实可溶性固形物含量相关基因的全基因组筛选与分析 757
ni-Hochberg校正方法对原有假设检验得到的显著
性P值进行校正。
4 基因注释
采用Blast软件中的blastx程序, 以获得的差异
表达基因核酸序列作为query序列, 与对应的蛋白
序列数据库进行比对, 从比对结果中选取分值最
高的一条序列作为比对结果, 并附上对应数据库
的注释信息作为获得基因的注释信息。对应的蛋
白序列数据库包括NR和Swiss-Prot数据库, 其全称
分别为非冗余蛋白质序列数据库(non-redundant
protein sequences)和UniProtKB/Swiss-Prot数据库
(Altschul等1997; 邓泱泱等2006; Apweiler等
2004)。
实验结果
1 果实可溶性固形物含量
从表1可看出, B17、B7、B25、71、W21和
118这6个杂交后代植株的果实可溶性固形物含量
较低, B5、108、129和142这4个杂交后代植株的
果实可溶性固形物含量较高。相同采收日期结果
比较, 2组果实的可溶性固形物含量差异达到3%以
上。需要说明的是, 129号杂交后代植株果实可溶
性固形物含量明显高于其他杂交后代植株果实,
这是由于其成熟期较早, 较早开始糖分积累。
9月15日结果比较, 含量较低一组植株果实的
可溶性固形物含量为10.67%~11.90%, 平均值
表1 10株杂交后代植株的果实可溶性固形物含量(%)
Table 1 The soluble solids content (%) in the fruits of 10 apple hybrid plants
采收日期 B17 B7 B25 71 W21 118 B5 108 129 142
8月31日 11.15 9.82 9.57 10.78 11.03 18.60 15.63
9月15日 11.57 11.13 10.67 11.90 11.72 11.03 15.73 15.03 22.37 16.22
9月22/23日 13.23 11.53 12.40 11.10 12.20 12.57 16.80 17.23
11.34%, 含量较高一组植株果实的可溶性固形物
含量为15.03%~22.37%, 平均值17.34%, 不包括129
号的高含量组其他3个植株果实的可溶性固形物
含量平均值为15.66%; 高含量组中最低的可溶性
固形物含量与低含量组中最高的可溶性固形物含
量差异达到3.13%以上(15.03%–11.90%=3.13%)。
从图1可看出, 可溶性固形物含量基本上呈正
态分布; 含量较低一组植株果实在全部样品中处
于可溶性固形物含量的低端, 含量较高一组植株
果实在全部样品中处于可溶性固形物含量的高
端。t测验结果表明, 2组果实的可溶性固形物含量
差异达到极显著水平, 故选择用来进行转录组分
析筛选差异基因。需要说明的是, 无论包含还是
不包含129号样品数据, t测验时2组果实的可溶性
固形物含量差异均达到极显著水平。
2 转录组测序结果
10个杂交后代植株果实样品的主要测序结果
见表2。每个样品获得945~1 161万个Q30大于90.6%
的质量合格读数(clean reads), 72.18%~79.74%的
读数被比对到基因数据库中的参考基因组Mal-
DomGD1.0版。
图1 81个苹果杂交植株果实的可溶性固形物含量
Fig.1 The soluble solids content in the fruits of 81 apple
hybrid plants
3 基因表达分析
从表3可看出, 以差异倍数≥2且错误发现率
<0.01作为筛选标准, 共找出14个差异表达基因, 其
中10个基因上调表达, 4个基因下调表达(图4)。
植物生理学报758
表2 10个杂交后代植株果实样品测序数据统计
Table 2 Summary of transcripotome sequencing results of the fruits from 10 hybrid plants
杂交植株 原始读数 质量合格读数 Q30/% 基因组匹配读数/% 质量合格碱基数 GC含量/%
B17 18 416 418 11 609 847 90.61 79.74 3 504 752 877 47.64
B7 15 640 357 9 969 382 90.98 77.55 3 008 560 355 47.44
B25 14 817 632 9 452 079 90.97 77.21 2 852 259 318 48.00
71 11 096 246 10 907 821 91.23 72.75 3 271 141 874 48.26
W21 15 483 934 9 893 208 91.05 76.95 2 984 732 497 47.97
118 10 902 854 10 727 123 90.66 72.18 3 217 264 092 48.37
B5 15 257 841 9 729 228 90.98 77.68 2 936 563 708 47.61
108 9 983 893 9 756 447 91.26 72.85 2 925 717 106 48.72
129 16 540 988 10 712 015 91.13 76.73 3 231 062 807 47.45
142 16 800 806 10 834 683 90.92 77.78 3 268 818 230 47.75
表3 两组果实的差异表达基因及其表达量(FPKM)
Table 3 The differentially expressed genes of the fruits from two group of hybrid plants and their expressions (FPKM)
基因编号 B17 B7 B25 71 W21 118 B5 108 129 142
gene56697 71 57 106 65 63 44 18 12 20 18
gene28440 17 18 26 16 27 29 6 3 10 6
gene16639 3 1 2 1 2 1 0 0 0 0
gene39722 33 43 56 34 30 39 12 13 4 18
gene5817 1 1 1 1 2 0 4 9 5 8
gene22267 1 2 0 3 0 0 13 6 10 9
gene26341 0 8 0 0 0 7 20 13 35 23
apple_new gene1574 4 7 3 5 5 10 20 24 27 17
gene18590 8 1 13 15 22 6 30 44 44 35
gene21069 35 13 13 65 56 44 82 119 123 102
gene11018 69 44 8 41 13 47 164 93 276 219
gene7517 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
gene51961 1 0 0 0 0 0 4 5 10 4
gene6513 0 0 0 0 0 0 3 5 9 6
从表4中差异倍数的自然对数值可看出, 2组
果实间有2个蛋白激酶的基因表达存在明显差异,
富含半胱氨酸的受体类蛋白激酶基因下调表达,
富含亮氨酸的重复受体类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶
基因上调表达, 表明蛋白质磷酸化可能和苹果果
实可溶性固形物含量相关。另外还可看出, 2组果
实间有2个甲基转移酶(茉莉酸O-甲基转移酶和S-
腺苷蛋氨酸依赖型甲基转移酶)的基因表达存在明
显差异, 且皆上调表达, 表明甲基化可能和苹果果
实可溶性固形物含量相关。
两组果实间基因表达存在明显差异的基因还
有一个形成素类蛋白5和一个转录因子, 其中形成素
类蛋白5基因上调表达, 转录因子基因下调表达。
此外, 2组果实间基因表达存在明显差异的基
因还有一个丝氨酸/精氨酸重复基质蛋白质1 (ser-
ine/arginine repetitive matrix protein 1)基因、一个
节-1类同源框蛋白3 (homeobox protein knotted-1-
like 3)基因、一个细胞色素b6-f复合体亚单元7基
因、一个蛋白质KRI1的同源蛋白基因、一个1-脱
氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶2基因、一个茎特异表
达蛋白基因、一个胁迫相关蛋白基因和一个未知
基因gene6513, 表明这些基因也可能和苹果果实可
溶性固形物含量相关。
讨　　论
果实可溶性固形物含量是一个重要的苹果品
质指标。过去通过QTL分析进行果实可溶性固形
物含量相关基因的基因座定位, 然后再通过染色
苑克俊等: 苹果果实可溶性固形物含量相关基因的全基因组筛选与分析 759
体步移找出关键基因, 费时费力。近年来转录组
测序技术的发展使得在全基因组范围内直接筛选
相关基因不仅成为可能, 而且获得的信息量大。
为此, 本研究采用转录组测序技术筛选苹果果实
可溶性固形物含量相关基因。本方法是基于如下
假设: 在大量样品中筛选出的2组样品, 一组样品
果实可溶性固形物含量较低, 另一组样品果实可
溶性固形物含量较高, 2组样品的相关基因表达量
差异大, 包括主效基因在内的相关基因造成2组样
品可溶性固形物含量的差异。本方法的关键是不
采用可溶性固形物含量在中间范围的大量样品,
而是在全部样品中筛选出可溶性固形物含量在低
端和高端的2组样品进行实验, 以保证存在影响2组
样品可溶性固形物含量差异的主要基因。本方法
实际上是集群分离分析法(Bulk Segregation Analy-
sis)在数量性状上的应用, 是我们在转录组测序技
术出现后发展出的数量性状集群分离分析法。本
研究结果已初步证明了方法的可行性。
本研究在转录组水平上对可溶性固形物含量
低和含量高的2组果实基因表达进行比较分析, 结
果筛选出14个差异表达基因 , 包括蛋白激酶基
因、甲基转移酶基因、转录因子、细胞色素b6-f复
合体亚单元7、蛋白质KRI1的同源蛋白、形成素
类蛋白和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶2等基
表4 两组果实的差异表达基因注释
Table 4 The annotation of differentially expressed genes of the fruits from two groups of hybrid plants
基因编号
差异倍数的
蛋白质数据库Swissprot中的基因注释 基因数据库NR中的基因注释 自然对数值
gene56697 –2.02304 细胞色素b6-f复合体亚单元7 细胞色素b6-f复合体亚单元7 [苹果]
gene28440 –1.82244 - 丝氨酸/精氨酸重复基质蛋白质1 [苹果]
gene16639 –5.59714 富含半胱氨酸的受体类蛋白激酶3 富含半胱氨酸的受体类蛋白激酶2 [苹果]
gene39722 –1.73181 转录因子 转录因子[苹果]
gene5817 3.068956 富含亮氨酸的重复受体类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 富含亮氨酸的重复受体类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶[苹果]
gene22267 3.245541 茉莉酸O-甲基转移酶 茉莉酸O-甲基转移酶类[苹果]
gene26341 3.132912 可能的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶2 可能的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶2[苹果]
apple_new 1.894068 形成素类蛋白5 形成素类蛋白5 [梨]
gene1574
gene18590 1.828385 茎特异表达蛋白TSJT1 [烟草] 茎特异表达蛋白TSJT1 [苹果]
gene21069 1.592769 胁迫相关蛋白 胁迫相关蛋白[苹果]
gene11018 2.326549 可能的S-腺苷蛋氨酸依赖型甲基转移酶 可能的S-腺苷蛋氨酸依赖型甲基转移酶[苹果]
gene7517 4.725276 蛋白质KRI1的同源蛋白 蛋白质KRI1的同源蛋白[苹果]
gene51961 4.425881 节-1类同源框蛋白 节-1类同源框蛋白3 [苹果]
gene6513 6.724206 - 未鉴定蛋白质
　　-: 无注释。
因。这些结果为深入研究苹果果实可溶性固形物
含量相关基因提供了线索, 苹果果实可溶性固形物
含量和上述这些基因的关系值得进一步研究。目
前的问题是, 在这些基因中哪些基因影响了苹果果
实可溶性固形物的积累, 哪些基因表达的差异是由
于苹果果实可溶性固形物含量的差异造成的。
有报道糖可以诱导质膜联系的Ca2+依赖型蛋
白激酶(CDPKs)的活性, 活化后的CDPKs通过催化
蛋白质磷酸化而激活糖的载体或H+-ATPase (Ohto
和Nakamura 1995; 吕英民等1999)。本研究未发现
差异表达的质膜联系的Ca2+依赖型蛋白激酶, 但发
现了一个富含半胱氨酸的受体类蛋白激酶基因和
一个富含亮氨酸的重复受体类丝氨酸/苏氨酸蛋白
激酶基因。既然差异表达基因包括两种蛋白激酶
基因以及两种甲基转移酶基因, 就表明蛋白质磷
酸化和甲基化可能与苹果果实可溶性固形物含量
相关。目前, 在苹果上有蛋白质磷酸化对淀粉酶
激活的研究报道(张凌云等2002), 未见有关甲基化
的研究报道。今后可溶性固形物高含量和低含量
果实中的磷酸化蛋白质、甲基化基因和蛋白质应
该是研究的一个重点。
有研究表明, VvSUC11和VvSUC12两种糖转
录因子的转录水平在果实成熟期会出现上调表达
现象(Davies等1999; 王西成等2015)。但若于葡萄果
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实着色度达50%时对其进行1-MCP处理, 不仅会导
致果实中蔗糖水平的下降, 同时还会抑制VvSUC11
和VvSUC12基因的表达(Chervin等2006; 王西成
等2015)。本研究发现的一个转录因子基因则下调
表达。
众所周知, 苹果果实糖分主要通过蔗糖和山
梨醇进行转运。Fan等(2009)在苹果中发现了一种
定位于质膜上的蔗糖转运子(MdSUT1)和一种山梨
醇转运子(MdSOT6), 这两种不同的转运子能与锚
定于内质网的细胞色素b5 (MdCYB5)结合, 形成的
复合物能够起到上调转运子亲和力的功能。本研
究未发现细胞色素b5, 但发现了细胞色素b6-f。苹
果果实中的细胞色素b6-f和苹果果实可溶性固形物
积累的关系值得进一步探讨。
1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶2 (DXS)是
MEP途径中的第一个关键酶, 在萜类化合物合成
过程中发挥重要作用(魏麟等2014)。本研究在可
溶性固形物含量低和含量高的2组果实间发现该
DXS基因的表达有显著性差异, 其作用非常值得进
一步探讨。
综合前述, 我们通过研究获得了可溶性固形
物含量高和含量低的2组果实中的14个差异表达
基因, 在前人研究苹果果实糖分积累和转运机理
的基础上, 进一步探讨了影响苹果果实可溶性固
形物积累的相关基因, 这其中一些基因与苹果果
实含糖量或可溶性固形物含量的关系未见报道,
例如茉莉酸O-甲基转移酶和S-腺苷蛋氨酸依赖型
甲基转移酶基因。这些结果为深入研究苹果果实
可溶性固形物积累机制提供了有价值的信息。例
如, 根据这些结果非常有必要进一步探讨蛋白质
磷酸化和甲基化在苹果果实可溶性固形物积累过
程中的作用以及影响苹果果实可溶性固形物积累
的关键基因。今后应通过深入研究, 进一步探明
已找出的众多基因与苹果果实可溶性固形物积累
的关系。最后需要指出的是, 本研究获得的只是
转录组初步筛选结果, 有些基因需要在后续研究
中进行进一步的验证。
参考文献
Altschul SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang JH, Zhang Z, Miller W,
Lipman DJ (1997). Gapped BLAST and PSI BLAST: a new gen-
eration of protein database search programs. Nucleic Acids Res,
25 (17): 3389–3402
Anders S, Huber W (2010). Differential expression analysis for se-
quence count data. Genome Biol, 11 (10): R106
Apweiler R, Bairoch A, Wu CH, Barker WC, Boeckmann B, Ferro S,
Gasteiger E, Huang H, Lopez R, Magrane M, et al (2004). Un-
iProt: the universal protein knowledgebase. Nucleic Acids Res,
32 (Database issue): D115–D119
Berüter J (2004). Carbohydrate metabolism in two apple genotypes
that differ in malate accumulation. J Plant Physiol, 161 (9):
1011–1029
Chervin C, Terrier N, Ageorges A, Ribes F, Kuapunyakoon T (2006).
Influence of ethylene on sucrose accumulation in grape berry.
Am J Enol Viticult, 57 (4): 511–513
Davies C, Wolf T, Robinson SP (1999). Three putative sucrose trans-
porters are differentially expressed in grapevine tissues. Plant
Sci, 147 (2): 93–100
Deng LL, Sheng JP (2012). Research progress in sugar metabolism
and its regulation in apple. Stor Proc, 12 (1): 1–5, 11 (in Chinese
with English abstract) [邓丽莉, 生吉萍(2012). 苹果果实糖代谢
过程及其调控研究进展. 保鲜与加工, 12 (1): 1–5, 11]
Deng YY, Li JQ, Wu SF, Zhu YP, Chen YW, He FC (2006). Integrated
nr database in protein annotation system and its localization.
Comput Engin, 32 (5): 71–73, 76 (in Chinese with English
abstract) [邓泱泱, 荔建琦, 吴松锋, 朱云平, 陈耀文, 贺福初
(2006). nr数据库分析及其本地化. 计算机工程, 32 (5): 71–73,
76]
Ding PH, Wang ZY (1997). A dynamic study of carbohydrates in the
leaf and fruit of Starkrimson. Hebei J Forest Orchard Res, 12
(1): 48–52 (in Chinese with English abstract) [丁平海, 王中英
(1997). 新红星苹果叶片和果实中碳水化合物的动态变化. 河
北林果研究, 12 (1): 48–52]
Fan RC, Peng CC, Xu YH, Wang XF, Li Y, Shang Y, Du SY, Zhao R,
Zhang XY, Zhang LY, Zhang DP (2009). Apple sucrose trans-
porter SUT1 and sorbitol transporter SOT6 interact with cyto-
chrome b5 to regulate their affinity for substrate sugars. Plant
Physiol, 150 (4): 1880–1901
Gong Y (2008). Cloning and sequence analysis of cDNA fragements
of sorbitol transporters and sobitol dehydrogenase from apple
leaf (Master’s thesis). Yangling: Northwest A&F University (in
Chinese with English abstract) [龚晏(2008). 山梨醇转运子和
SDH基因cDNA的克隆及其序列分析(硕士论文). 杨凌: 西北
农林科技大学]
Kunihisa M, Moriya S, Abe K, Okada K, Haji T, Hayashi T, Kim H,
Nishitani C, Terakami S, Yamamoto T (2014). Identification of
QTLs for fruit quality traits in Japanese apples: QTLs for early
ripening are tightly related to preharvest fruit drop. Breed Sci, 64
(3): 240–251
Lü YM, Zhang DP, Yan HY (1999). Sugar unloading mechanisms in
the developing apple fruit. Acta Hortic Sin, 26 (3): 3–8 (in Chi-
nese with English abstract) [吕英民, 张大鹏, 严海燕(1999). 糖
在苹果果实中卸载机制的研究. 园艺学报, 26 (3): 3–8]
Ohto M, Nakamura K (1995). Sugar-induced increase of calcium-de-
pendent protein kinases associated with the plasma membrane in
leaf tissues of tobacco. Plant Physiol, 109: 973–998
苑克俊等: 苹果果实可溶性固形物含量相关基因的全基因组筛选与分析 761
Qin JY, Zhang ZS (1997). The transmit of the material of apple in
mature period. Acta Bot Boreal-Occident Sin, 17 (6): 173–177 (in
Chinese) [秦静远, 张佐省(1997). 苹果成熟过程中的物质转化.
西北植物学报, 17 (6): 173–177]
Trapnell C, Pachter L, Salzberg SL (2009). TopHat: discovering splice
junctions with RNA-Seq. Bioinformatics, 25 (9): 1105–1111
Trapnell C, Williams BA, Pertea G, Mortazavi A, Kwan G, van
Baren MJ, Salzberg SL, Wold BJ, Pachter L (2010). Transcript
assembly and quantification by RNA-Seq reveals unannotated
transcripts and isoform switching during cell differentiation. Nat
Biotechnol, 28 (5): 511–515
Wang XC, Wu WM, Zhao MZ, Qian YM, Wang ZW (2015). Progress
in the research of physiological and molecular mechanism in
development and ripening of grape fruit regulated by hormones.
Acta Agric Univ Jiangxiensis, 37 (4): 604–611 (in Chinese with
English abstract) [王西成, 吴伟民, 赵密珍, 钱亚明, 王壮伟
(2015). 激素调控葡萄果实发育与成熟的生理与分子机制研
究进展. 江西农业大学学报, 37 (4): 604–611]
Wei L, Wu XJ, Li SH, Liu SG, Tang YL, He AN, Wang D, Ning
PF, Li ZJ (2014). Cloning and expression analysis of 1-de-
oxy-D-xylulose-5-phosphate synthase 1 gene in Houttuynia
cordata. Chin Tradit Herba Drugs, 45 (11): 1607–1612 (in
Chinese with English abstract) [魏麟, 伍贤进, 李胜华, 刘胜
贵, 唐玉莲, 贺安娜, 王丹, 宁鹏飞, 李昭君(2014). 鱼腥草1-
脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶1基因克隆与表达分析. 中草
药, 45 (11): 1607–1612]
Zhang LY, Zhang N, Pan QH, Duan CQ, Zhang DP (2002). Amylase
activities are stimulated by protein phosphorylation in apple
fruit. Acta Hortic Sin, 30 (4): 455–458 (in Chinese with English
abstract) [张凌云, 张娜, 潘秋红, 段长青, 张大鹏(2002). 苹
果果实中蛋白质磷酸化对淀粉酶的激活. 园艺学报, 30 (4):
455–458]
Genome-wide screen and analysis of the genes related to soluble solids content
in apple fruits
YUAN Ke-Jun*, CHENG Lai-Liang, NIU Qing-Lin, WANG Jiang-Yong
Shandong Institute of Pomology, Tai’an, Shandong 271000, China
Abstract: Soluble solids content in fruits is an important apple quality factor, it is very important to have a bet-
ter understanding of the genes related to soluble solids content in apple fruits. In order to make clear whether
there are the genes related to soluble solids content in apple fruits, one group of 6 hybrid plants with low and
another group of 4 hybrid plants with high content of soluble solids were selected, a genome-wide transcrip-
tome analysis was applied to analyze the gene expression of the fruits from these 10 hybrid plants. Comparative
analysis of the gene expression profile revealed 14 significant differentially expressed genes between two
groups of hybrid plants. Among them, some genes were recognised as protein kinase and methyltransferase, in-
dicating that there are protein phosphorylation and methylation in apple fruits. In addition, transcription factor,
cytochrome b6-f complex subunit 7, formin-like protein, 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase and some
other genes were also recognised. These results may provide some help for further studies and some clues for
screening key genes related to soluble solids content in apple fruits. Further research is needed to test the role of
these 14 genes. Our results also confirmed the feasibility of bulk segregation analysis in analysing quantitative
traits based on transcriptome sequencing.
Key words: apple; fruit; soluble solids; transcriptome; gene
Received 2016-02-25 Accepted 2016-04-28
This work was supported by Construction Project for Taishan Scholar of Shandong Province, China.
*Corresponding author (E-mail: yuankj@vip.sina.com).