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GA_(4+7)诱导砀山酥梨单性结实的机制研究

刘璐璐  
【摘要】:本研究以砀山酥梨为材料,在盛花期对套袋未授粉花朵喷布赤霉素(GA_(4+7))来诱导梨单性结实。由形态学、组织学、激素水平和转录水平多个层次切入,逐级分析、探讨GA_(4+7)诱导砀山酥梨单性结实的机理。主要研究结果如下:1.GA_(4+7)可诱导砀山酥梨单性结实。不同浓度(50 mg L~(-1)和75 mg L~(-1))GA_(4+7)喷布花朵或6-BA+GA_(4+7)混合喷布花朵处理,均能引起砀山酥梨单性结实,且坐果率高于人工授粉处理。除此之外,GA_(4+7 )75 mg L~(-1)单独喷布或GA_(4+7)和6-BA混合喷布处理后的梨单果重、可溶性固形物含量均高于人工授粉处理,并且果形拉长,果实硬度、果核直径均显著的小于人工授粉处理。GA_(4+7)和6-BA混合喷布处理诱导的单性结实的梨的果实品质比单独喷布GA_(4+7)好,表现在果个较大,果实硬度较小,可溶性固形物含量增高。2.GA_(4+7)通过刺激幼果细胞分裂和发育导致单性结实,并且抑制萼片部位离层的形成,导致萼片宿存。对砀山酥梨形态学观察发现,花后14天,人工授粉处理的砀山酥梨萼片部位形成离层,开始脱落,而GA_(4+7)处理的幼果萼片部位没有形成离层,成熟果萼片宿存。未授粉的子房几乎没有发育,花后14天开始萎蔫。组织学观察发现,GA_(4+7)处理在花后3天果皮细胞开始膨大,而未授粉的幼果果皮细胞停止发育。未授粉处理的胚珠在花后14天开始萎缩,凋亡,心室空隙变大,授粉和GA_(4+7)处理的砀山酥梨胚珠仍然发育,膨大。授粉和GA_(4+7)处理的幼果形成更厚的外中果皮,并且伴随着更多的细胞层数和维管束与未受粉处理相比。转录组数据分析发现,大量的与细胞周期和细胞膨大相关的差异基因参与到GA_(4+7)诱导的梨单性结实过程中,表明这些基因在坐果过程中起着重要作用。3.GA_(4+7)处理改变了内源GA、IAA和ABA的平衡。人工授粉处理没有显著的引起GA_(1+3)含量的变化,却显著的提高了GA_(4+7)含量。IAA含量在处理后没有升高,ABA含量在未授粉的子房中显著的升高,而人工授粉和GA_(4+7)处理的子房中,在相同发育时期,ABA含量均显著的低于未授粉处理。GA_(4+7)处理很少引起赤霉素合成相关的基因表达,而在人工授粉处理中,参与赤霉素合成的酶,CPS,KO,KAOs和GA20oxs均显著的上调。外源喷布GA_(4+7)显著的抑制了编码GA受体蛋白的GID1基因的转录,人工授粉处理中也表现出相似的表达模式。GA_(4+7)没有促进生长素IAA的合成,却促进生长素转运相关基因的表达。GA_(4+7)和人工授粉处理后,ABA合成的关键限速酶NCED3和NCED5显著的下调,这与后期子房中这两个处理中较低ABA水平相吻合。4.GA_(4+7)处理后,果实坐果过程中的转录本变化与人工授粉处理之间有较高的一致性。花后3天,有177个(占全部差异基因的8.1%)上调基因和400个(占全部差异基因的18.2%)下调基因在GA_(4+7)和人工授粉处理中相同。随着果实的发育,相同的差异基因数目也在增加。花后14天,有3029个(占全部差异基因的35.6%)上调的基因和2555个(占全部差异基因的30%)下调的差异基因在这两个处理中相同,表明这两种处理在坐果过程中具有很高相似性。5.光合作用为坐果提供必需的营养物质,缺乏光合作用会引起落花落果。本研究发现在单性结实和人工授粉的子房中,与蔗糖分解相关的基因显著的上调,表明坐果过程是一个高耗能过程。6.目前的研究发现MADs-box家族基因在坐果过程中起着重要作用。本研究发现,GA_(4+7)和人工授粉处理的子房中,DEF被显著的抑制,AGL9在GA_(4+7)诱导的单性结实的子房中被抑制。表明MADs-box家族基因参与GA_(4+7)诱导的梨单性结实过程。


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