短枝型苹果‘苏帅’赤霉素相关差异基因的筛选与表达分析

摘要

苹果（Malus×domestica Borkh.）属于木本落叶果树，是蔷薇科中经济价值较高的植物，为全球栽培面积最大的果树树种之一。以苹果品种‘印度’为母本，‘金冠’为父本获得杂交品种‘苏帅’，与其亲本相比，‘苏帅’植株生长健壮，树冠紧凑，枝条粗壮，节间较短，叶片大而叶色浓绿等特点。本研究测定了‘苏帅’、‘金冠’和‘印度’不同处理前后三个品种的叶片内源激素含量;比较了‘苏帅’和其亲本在不同处理下一年生枝细胞长度和节间长短及变化，并研究了叶片光合气体交换参数;同时根据重测序结果及生物信息学分析，筛选出‘苏帅’中18个存在非同义突变的赤霉素信号转导通路和代谢相关差异基因，并分析了它们在不同品种和不同处理之间的表达差异。主要研究结果如下:
　　1.‘苏帅’苹果的一年生枝细胞长度极显著小于‘金冠’和‘印度’;‘苏帅’内源激素脱落酸(ABA)、赤霉素(GA)、吲哚-3-乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)与‘金冠’、‘印度’相比均呈现显著差异。与‘金冠’、‘印度’叶片相比，‘苏帅’叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2和蒸腾速率均极显著低于其亲本。‘苏帅’中与赤霉素-2-β-双加氧酶8（GA2ox8同源基因MDP0000309451的表达量显著高于其亲本，而与赤霉素-3-β-双加氧酶4（GA3ox4）同源的MDP0000196102在‘苏帅’中的表达低于其亲本且差异显著;同源于GRAS结构蛋白的MDP0000287040和MDP0000284679基因在‘苏帅’中的表达量显著高于其亲本。‘苏帅’中KNOX的同源基因MDP0000166587的表达量显著高于其亲本。
　　2.外源GA3的喷施，使得‘苏帅’叶片中内源GA3含量先升高后降低，ABA含量高于对照处理，IAA含量提高，ZR含量略高于对照处理;GA3/ABA、GA3/IAA、GA3/ZR比值较对照高。赤霉素处理后，三个品种的枝条节间长度均有增长，其中‘苏帅’枝条伸长程度最大，与对照相比伸长了90.05％，‘印度’和‘金冠’枝条分别伸长了22.50％和17.90％。赤霉素处理提高了‘苏帅’叶片的气孔导度，降低了胞间CO2浓度，极显著提高了净光合速率，但是‘印度’和‘金冠’叶片的净光合速率没有显著变化;‘苏帅’中与GA3ox4同源的MDP0000196102基因在赤霉素处理后表达量上调，同源于GA2ox8的MDP0000309451基因表达水平持续降低，同源于GRAS家族的MDP0000287040和MDP0000284679基因的表达量显著下降，同源于KNOX的MDP0000166587基因的表达量先下调后升高。以上这5个基因很有可能通过单独作用或者互相作用来影响‘苏帅’中赤霉素的含量，从而改变其树体结构。
　　3.在外源PP333的处理下，‘苏帅’叶片中内源GA3的含量降低，ABA含量先降低后升高，降低了‘苏帅’叶片的IAA和ZR的含量;GA3/ABA和GA3/ZR的比值均比对照的低，而GA3/IAA比值比对照的高。多效唑喷施后，三个品种的枝条节间长度均缩短，与对照相比分别缩短了10.35％、21.37％和26.44％。多效唑处理极显著提高了‘苏帅’叶片的气孔导度，降低了胞间CO2浓度和蒸腾作用，提高了净光合速率，光合速率值为对照的110.83％;并且我们发现‘苏帅’中，同源于赤霉素合成酶的MDP0000196102基因表达上调，同时同源于赤霉素代谢酶基因的MDP0000309451表达量明显的变低。‘苏帅’中同源于GRAS家族的MDP0000284679基因的表达量先升高后下降，表达模式也跟‘苏帅’中内源赤霉素含量先降低后升高的表现相对应。结果说明，同源于GA3ox4、GA2o8x和GRAS家族的基因MDP0000196102、MDP0000309451和MDP0000284679在‘苏帅’的机制中可能发挥着重要的作用。

目录

声明

摘要

缩略词

第一章 文献综述

1 赤霉素生物信号的研究进展

1．1 赤霉素的生物合成

1．2 赤霉素在植物生命周期中的重要作用

1．3 影响赤霉素生物合成和代谢的其他激素

1．4 光对赤霉素生物合成和代谢的影响

1．5 赤霉素响应信号通路元件

2 植物矮化相关基因的研究进展

3 研究目的意义

第二章 ‘苏帅’与亲本农艺性状比较及赤霉素相关差异基因的筛选和表达分析

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 光合气体交换参数

2．2 枝条节间长度差异

2．3 石蜡切片

2．4 内源激素含量

2．5 基因组RNA的提取

2．6 DNA水平的差异基因挖掘和注释

2．7 差异基因的qRT-PCR表达分析

3 讨论

第三章 GA3处理对‘苏帅’及其亲本农艺性状及赤霉素相关差异基因表达的影响

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 光合气体交换参数

2．2 枝条节间长度差异

2．3 石蜡切片

2．4 内源激素含量

2．5 ‘苏帅’中GA3／ABA、GA3／IAA、GA3／ZR值的变化

2．6 差异基因的qRT-PCR表达分析

3 讨论

第四章 PP333处理对‘苏帅’及其亲本农艺性状及赤霉素相关差异基因表达的影响

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 试验方法

2 结果与分析

2．1 光合气体交换参数

2．2 枝条节间长度差异

2．3 石蜡切片

2．4 内源激素含量

2．5 ‘苏帅’中GA3／ABA、GA3／IAA、GA3／ZR比值

2．6 差异基因的qRT-PCR表达分析

3 讨论

参考文献

全文结论

主要创新点

附录

攻读硕士学位期间发表论文

致谢