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植物激素调控无核葡萄和无花果果实早期发育的分子机制

柴丽娟  
【摘要】:本文以葡萄(Vitis vinifera L.)和无花果(FicuscaricaL.)为试材,以转录组测序为依托,结合生理指标分析,探索植物激素在早期果实发育中的作用机理,以期为植物生长调节剂在无核葡萄膨大和无花果单性结实诱导上提供理论基础。研究结果如下:1.外源赤霉素(GA)处理广泛用于无核葡萄的膨大,但机理尚不清楚。本研究在盛花后12天对无核白鸡心进行30mg/1 GA3处理。对处理后1、3和7天的对照与处理进行内源激素分析发现,处理后果实内GA和玉米素含量提高,ABA含量降低,IAA变化不明显。RNA-seq分析显示,处理后1、3和7天分别有165、444和463个基因表达差异显著(2倍以上),且以下调为主。显著差异基因包括调节植物激素体内平衡的合成与分解代谢基因、激素受体与转运蛋白以及信号通路上的关键基因等。外源GA3诱导了与IAA、CTK、BR、ABA和ETH的交叉互作。细胞壁修饰酶、细胞骨架和膜组件及转运蛋白基因时序上的表达模式变化说明细胞壁松弛在果实膨大中的关键作用。此外,植物防御反应、黄酮类生物合成基因的表达变化暗示了 GA3处理对果实品质的潜在影响。本研究第一次从转录水平上解析了 GA3处理诱导无核葡萄果实膨大的复杂机制。2.圣佩德罗型无花果的春果为单性结实,秋果为非单性结实。在未授粉条件下,秋果会脱落,从而严重制约其在我国的推广。为揭开春、秋果结实特性差异的机理,本文对10和15 mm幼果、盛花期和花后期的雌花进行了 RNA-seq分析。KEGG富集结果显示,植物激素信号转导、二萜生物合成和玉米素生物合成途径在4个春、秋果对比组中均显著富集。与春果相比,秋果激素代谢途径中IAA氨基酸水解酶基因和GA20ox显著下调,GA2ox、CKX、NCED和ACS显著上调;在信号通路中,AUX/IAA、DELLA、PP2C和EFR显著上调。内源激素分析发现秋果幼果和雌花中IAA含量显著低于春果,且秋果雌花中GA含量低于春果,但玉米素和ABA高于春果。结果表明,圣佩德罗型春、秋果不同的结实特征决定于果实发育的早期,且受到内源激素水平和多种激素信号途径的协同调控。3.普通型无花果的春、秋果均为单性结实。对其10和15 mm幼果、盛花期和花后期雌花进行激素测定发现,在幼果期,秋果中内源激素的水平相对稳定;在Ⅰ期末雌花中,秋果中的GA、玉米素和ABA含量高于春果,IAA低于春果。RNA-seq分析表明植物激素信号转导途径仅在雌花中显著富集,二萜生物合成途径也在盛花期显著富集。不同于圣佩德罗型春、秋果对比结果,与春果相比,普通型秋果幼果中IAH、CYP71A13、nitrilase和ARF的转录水平上调增强了 IAA合成和响应途径;在雌花中,GA2ox下调,且未检测到CKX上调,暗示了普通型秋果中GA分解被减弱,CTK分解并未像圣佩德罗型中被增强。两种类型在转录水平上的共同点是ABA和ETH的合成及响应基因NCED、ACS、PP2C和ERF均上调。综上所述,推测IAA、GA和CTK合成与响应途径转录水平上的抑制在圣佩德罗型无花果非单性结实秋果果实发育与脱落起着重要作用,且IAA作为一个早期信号调控随后果实发育中激素代谢与信号转导过程。


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