‘鸭梨’及其自交亲和性突变体‘金坠梨’花粉蛋白质组比较分析

【目的】分析‘鸭梨’和‘金坠梨’花粉蛋白差异,探讨‘金坠梨’花粉侧自交亲和突变的机制。【方法】以‘鸭梨’及其自交亲和性芽变‘金坠梨’花粉为材料,利用双向电泳技术(two-dimensional electrophoresis,2-DE)对二者花粉总蛋白进行分离,并对差异蛋白进行功能和质谱分析,通过qRT-PCR进行相关差异基因的表达验证。【结果】分离得到23个差异蛋白,其中14个蛋白在‘金坠梨’中上调表达,9个蛋白在‘金坠梨’下调表达;对其中差异显著的10个蛋白点质谱检测结果表明,1个为半胱氨酸甲基转移酶(cysteine S-methyltransferase,4 803),1个为存储蛋白(Storage protein,5413),4个为蛋白酶类:果糖激酶(fructokinase,5 316)、顺乌头酸水合酶(aconitate hydratase,5 811)、烯酰-ACP-还原酶(Enoyl-ACP reductase,7 303)和JPR ORF1蛋白(JPR ORF1 protein,7 506),4个为HSP家族蛋白:HSP70伴侣26(HSP70-type chaperone 26,8 633)、HSP 90.5(8 822)和2个ER结合蛋白(ER-binding protein,4 209和8 805)。这些蛋白涉及到遗传信息处理、碳水化合物代谢、能量代谢、酶和氨基酸代谢等生理过程;qRT-PCR对8个基因进行验证,发现部分基因在蛋白水平与基因表达水平有明显差异。这些差异的蛋白在不同的信号途径中参与了‘金坠梨’花粉侧自交亲和突变。【结论】明确了‘鸭梨’和‘金坠梨’花粉侧自交亲和性突变中差异表达蛋白,为进一步研究梨亚科自交不亲和性的调控机理提供理论依据。     

‘金坠梨’自交亲和性突变机制的初步研究

 自交不亲和性品种鸭梨的芽变品种‘金坠梨’自花授粉能结实, 但其自交亲和性突变机制至今不祥。本研究结果表明, 鸭梨自花授粉结实率仅2% , 自花花粉管在花柱中上部已经停止生长, 而金坠梨自花授粉结实率高达76% , 自花的花粉管能正常生长至花柱基部; 鸭梨花柱能够接受金坠梨花粉并受精结实, 而金坠梨花柱却与鸭梨花粉杂交不亲和; 进一步鉴定出了鸭梨和金坠梨基于S-RNase基因的S基因型, 发现两者S基因型相同, 均为S₂₁S₃₄ ; 通过克隆两品种S-RNase基因cDNA全长序列并进行比较分析发现, 该两品种的1对雌蕊S-RNase基因在核苷酸序列上完全相同, 且S-RNase基因均正常表达, 表达量没有明显差异, 从分子水平上证实了金坠梨在花柱方面和鸭梨并无差异, 可能是花粉S 基因发生突变, 导致了自交不亲和性功能的丧失, 表现出自花授粉能够结实。     

‘奥嗄二十世纪’梨自交亲和性分子机制及遗传特性研究

 ‘奥嗄二十世纪’是自交不亲和性梨品种'二十世纪'的自交亲和性花柱突变体,花粉自交不亲和性功能正常,其自交亲和性突变的分子机制及遗传特性目前仍有争议。本研究通过田间自花及相互授粉以及基因组、mRNA转录和蛋白质水平比较,分析‘奥嗄二十世纪’、‘二十世纪’及其后代S-RNase基因的存在与否、表达特性及其在后代中的遗传。结果显示,‘奥嗄二十世纪’花柱S₂-RNase基因的核苷酸序列和表达特性与其原始品种‘二十世纪’的完全一样;而S4-RNase基因信号比其原始品种‘二十世纪’的弱,而且也在花柱中正常表达(包括转录和翻译水平),但表达量低;然而在其自交亲和后代基因组中检测不到S₄-RNase基因。本研究表明,‘奥嗄二十世纪’基因组中存在花柱S₄-RNase基因,但不能遗传给后代。     

甜樱桃‘拉宾斯’自交亲和性与SFB4′基因的关系研究

甜樱桃品种‘拉宾斯’与‘雷尼’均为S1S4基因型。调查其自花结实率,‘拉宾斯’为31.3%,表现自交亲和;‘雷尼’为0,表现为自交不亲和。将‘拉宾斯’与‘雷尼’相互授粉,‘拉宾斯’为父本时表现亲和,反之不亲和,推断‘拉宾斯’的自交亲和性由花粉侧突变导致;调查花粉萌发率,‘拉宾斯’为58.08%,‘雷尼’为57.82%。鉴定‘拉宾斯’自交后代及其与‘雷尼’杂交后代的S-RNase的基因型,发现所有后代中均出现S4基因型,部分后代中出现S1基因型,证明‘拉宾斯’花粉育性是正常的,其亲和性可能是由S4基因座上花粉侧的基因突变导致。测序发现‘拉宾斯’花粉SFB4′在911 bp处有4个碱基缺失。分析‘拉宾斯’花粉SFB4′与花柱S4-RNase的连锁性,发现两者连锁率为100%。以‘拉宾斯’为父本的带有SFB4′的杂交后代的自花结实率为23.3%~61.4%,表现自交亲和,说明来源于‘拉宾斯’的SFB4′基因与自交亲和性有关。RT-PCR及测序显示‘雷尼’SFB4与‘拉宾斯’SFB4′均能正常转录,但4个碱基缺失导致其C端翻译提前终止,原核表达SFB4和SFB4′蛋白发现SFB4略大于SFB4′,推测是由于SFB4′的翻译提前终止导致的。以上结果表明:‘拉宾斯’的自交亲和性可能是由花粉侧SFB4′C端的氨基酸缺失导致,该缺失可能使其丧失了与S-RNase的识别能力。     

‘鸭梨’芽变‘闫庄梨’自交亲和性分子机制初步研究

 通过‘鸭梨’（S₂₁S₃₄）及其芽变‘闫庄梨’自花授粉和相互授粉结实率和种子数调查发现,‘鸭梨’自花授粉结实率为9.1%,果实平均种子数为0,表现自交不亲和性;‘闫庄梨’自花授粉结实率为56.9%,果实平均种子数为8.64,表现自交亲和性;以‘闫庄梨’为母本,‘鸭梨’为父本,授粉结实率为39.3%,果实平均种子数为3.36,也表现亲和性,而以‘鸭梨’为母本,‘闫庄梨’为父本,授粉结实率仅为2.0%,果实平均种子数为0粒,表现不亲和性。因此,初步推断‘闫庄梨’自交亲和性可能是由于花柱突变所致。利用S₂₁和S₃₄等位基因特异性引物对‘闫庄梨’自交后代S-RNase基因型进行鉴定,结果发现S₂₁在所有后代中均有扩增条带,进一步证明‘闫庄梨’花柱S₂₁等位基因及其编码产物可能发生了突变。蛋白质印迹杂交分析结果表明,‘闫庄梨’花柱S-RNase缺失了一条带,而没有缺失的条带蛋白含量也比‘鸭梨’低。由此初步证明‘闫庄梨’的自交亲和性可能是由于花柱S-RNase的突变和表达量低所致。     

‘库尔勒香梨’脱萼组与宿萼组样品差异表达基因的筛选

【目的】系统研究‘库尔勒香梨’脱萼组和宿萼组花器官的转录组表达情况,筛选2者之间的差异表达基因,为进一步阐明‘库尔勒香梨’萼片脱落与宿存分子机理奠定基础。【方法】采用Illumina高通量测序技术对‘库尔勒香梨’脱萼组和宿萼组代表样品进行测序,利用生物信息学方法筛选2者的差异表达基因和进行功能基因预测。【结果】Trinity法拼接后得到48 894条unigenes序列,从中选取了2组样品中共表达和单独表达的SPL转录因子进行了功能探究,发现3条unigenes可能与萼片发育有关。筛选的差异表达基因获得了Gene Ontology和KEGG数据库的注释,涉及植物激素信号转导、光合代谢、苯丙氨酸代谢、芳香族化合物合成、细胞发育等与萼片发育相关过程。【结论】筛出了2组样品的差异表达基因,获得了与萼片发育相关的基因及其对应的功能注释,为今后进一步研究‘库尔勒香梨’萼片脱落与宿存分子机理奠定了良好基础。     

‘小白杏’自交不亲和SFB基因RNAi表达载体的构建

【目的】应用RNA干扰(RNAi)技术在分子水平调控杏自交不亲和性状,为培育自交亲和杏品种奠定基础。【方法】基于南疆自交不亲和杏品种‘小白杏’(Prunus armeniaca‘Xiaobaixing’)花粉决定子SFB(S-haplotype-specific Fbox protein)基因3’端c DNA全长序列,选取SFB基因变异区上游距起始密码子61 bp处、大小为29 bp的片段作为干扰序列,棉花基因组DNA 242 bp的序列作为间隔片段,利用融合PCR(Fusion PCR)构建SFB基因发卡结构(intron-containing hairpin RNA,ihp RNA),再酶切连接到植物表达载体p CAMBIA-35S-MCS-NOS-NPTII上,构建SFB基因RNAi表达载体;用冻融转化法将重组质粒转化至农杆菌菌株(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404中。【结果】测序结果表明臂长29 bp、茎环242 bp的SFB基因ihp RNA结构融合成功,双酶切检验和PCR验证结果表明,该结构正确地插入p CAMBIA-35S-MCS-NOS-NPTII的启动子和终止子之间,说明SFB基因的RNAi表达载体p CAMBIA-RNAi-SFB构建成功;PCR验证和测序结果也表明重组质粒已经成功转入农杆菌LBA4404中。【结论】研究结果表明,应用融合PCR结合酶切连接的方法构建SFB基因的RNAi表达载体是可行的,为RNAi技术在果树自交不亲和性状改良上的应用创造了条件。     

新疆梨品种与‘库尔勒香梨’授粉亲和性及花粉直感

【目的】探明新疆梨品种与‘库尔勒香梨’的授粉亲和性和花粉直感。【方法】以9个新疆梨品种和‘砀山酥梨’为‘库尔勒香梨’授粉树,对其花粉萌发伸长、坐果率、果实品质等进行研究。【结果】‘库尔勒香梨’与‘绿梨’和‘砀山酥梨’授粉亲和性最好,亲和性与单果质量呈正相关,与果形指数呈负相关‘。库车阿木特‘’艾温切克’和‘绿梨’授粉单果质量最大‘;砀山酥梨‘’绿梨’和‘阿克苏句句梨’授粉果形指数最小‘;绿梨’授粉果实硬度最小‘;库车阿木特’和‘库尔勒黄酸梨’授粉糖酸比最高‘;库车阿木特’授粉可溶性固形物含量最高‘;库尔勒香梨’自花和‘阿克苏句句梨’授粉维生素C含量最高‘;绿梨’和‘砀山酥梨’授粉正常种子数最多,种子数与其果形指数呈显著负相关。【结论‘】绿梨’与‘库尔勒香梨’的亲和性高,单果质量最大、果实硬度最小,糖酸比、可溶性固形物和维生素C含量适中,适宜作为‘库尔勒香梨’授粉品种。     

‘满天红’ב红香酥’杂种鉴定及遗传变异Genic-SSR分析

【目的】对授粉时未做去雄处理的‘满天红’ב红香酥’组合进行杂种鉴定和遗传变异分析,排除非双亲杂种单株,为利用该组合进行连锁分析奠定基础。【方法】用9对从转录组数据开发的在双亲间表现多态性的genic-SSR引物和1对自交不亲和基因检测引物对‘满天红’ב红香酥’组合所有单株进行杂种鉴定、标记偏分离分析和群体聚类分析。【结果】348个杂交单株中,有339株同时拥有母本和父本来源的特征片段,真正为‘满天红’和‘红香酥’的杂种,其余9株在部分位点未见父本条带,排除为双亲杂种的可能。卡方检验发现6个位点符合孟德尔分离定律,4个出现偏分离现象。双亲和339个真正杂种后代经遗传聚类分析分为3组:一组包含77个后代,与‘满天红’聚在一起;另一组包含183个后代,与‘红香酥’聚到一起。另有79个后代,单独聚在一起。【结论】利用Genic-SSR分析成功地对‘满天红’ב红香酥’组合梨杂种后代进行了鉴定,表明外来花粉污染是造成杂交群体中非双亲杂种污染的主要原因,产生自交后代污染的概率较低,聚类分析表明S-RNAse和部分SSR位点在该杂交群体中发生偏分离,半数以上的单株与父本‘红香酥’聚为一类。     

不同授粉品种对‘鸭梨’鸭突及幼果基部内源激素含量的影响

【目的】研究不同品种花粉授粉对鸭梨幼果基部内源激素水平的影响,探究影响鸭突形成与发育的关键因子。【方法】以30 a(年)生‘鸭梨’(Pyrus bretschneideri‘Yali’)为试材,用‘脆梨‘’库尔勒香梨’和‘雪花梨’花粉进行人工授粉,在果实成熟期调查了果实鸭突率和鸭突类型组成,在授粉后10 d、20 d和35 d测定了幼果基部组织内源激素含量。【结果】采用不同梨品种花粉授粉显著影响‘鸭梨’鸭突发生率及鸭突类型组成。以‘脆梨’和‘库尔勒香梨’花粉授粉结实果实的鸭突率分别为100%和84.9%(2016)、99.8%和100%(2017),显著高于以‘雪花梨’花粉授粉结实果实的鸭突率66.7%(2016)和60.7%(2017);以‘脆梨’花粉授粉结实果实鸭突类型中典型鸭突占比较高,达95.4%(2016)和92.2%(2017),显著高于以‘库尔勒香梨’(54.2%(2016)和63.5%(2017))‘、雪花梨’(46.7%(2016)和50.0%(2017))花粉授粉结实果实典型鸭突率。在幼果发育早期,以‘脆梨’和‘库尔勒香梨’花粉授粉结实的鸭梨幼果基部组织含有相对较高的GA_3、ZR含量,较低的ABA含量,而IAA含量基本无差异‘;脆梨’花粉授粉在提高幼果基部促生长类激素含量和降低ABA含量的效应最强,其次为‘库尔勒香梨’和‘雪花梨’花粉授粉。【结论】不同梨品种花粉授粉影响‘鸭梨’鸭突发生率和鸭突类型组成,鸭突的形成和发育受内源激素调控,幼果基部高水平GA_3和ZR,低水平ABA促进鸭突形成与发育。     

‘库尔勒香梨’kfpNAC基因的克隆和表达分析

【目的】筛选‘库尔勒香梨’萼片脱落与宿存相关基因,研究其在脱萼组和宿萼组样品中的表达情况。【方法】以‘库尔勒香梨’脱萼和宿萼花器官转录组测序数据为基础,从Unigenes中选出一条转录组和数字表达谱测序结果共有的与萼片脱落相关的具有NAC结构域的差异基因,命名为kfpNAC,对其进行生物信息学分析,并通过实时荧光定量PCR分析其在花期不同阶段不同器官中的表达量。【结果】kfpNAC的序列长度是1 612 bp,包含一个编码308个氨基酸的长度为927 bp的开放阅读框(ORF),一个294 bp的5’端非编码区和一个391 bp的3’端非编码区,并且在3’端非编码区有一个poly A结构。‘库尔勒香梨’kfpNAC核酸和氨基酸序列与其他植物的NAC基因具有高度的同源性。实时荧光定量结果显示其在盛花期脱萼组全花样品中的表达量显著高于宿萼组全花和子房,并且在盛花期子房中的表达量显著高于萼片。【结论】克隆和鉴定了一个新的‘库尔勒香梨’kfpNAC基因,属于NAC基因家族的NAM亚群,该基因与‘库尔勒香梨’萼片脱落密切相关。     

‘秋姬李’PsMYB18基因克隆与功能分析

【目的】克隆在采后‘秋姬李’果皮积累花色苷过程中高表达的MYB抑制因子PsMYB18基因,研究其序列特征、表达特点与功能。【方法】以‘秋姬李’为试材,采用qRT-PCR分析不同温度和光照处理条件下‘秋姬李’果皮中PsMYB18基因的转录水平,采用RT-PCR克隆PsMYB18基因,并通过烟草叶片瞬时表达试验分析PsMYB18的功能。【结果】q RT-PCR分析表明20℃和光照处理可促进‘秋姬李’果皮PsMYB18基因表达。PsMYB18基因的开放阅读框(ORF)为702 bp,编码233个氨基酸的蛋白。进化树分析表明PsMYB18与其他植物的花色苷合成抑制因子亲缘关系较近。序列比对结果表明其具有保守的R2R3结构域和抑制基序C1和C2。烟草瞬时表达试验表明,PsMYB18可抑制正调控因子PsMYB10.1和PsbHLH3的花色苷合成诱导功能。【结论】‘秋姬李’PsMYB18为花色苷合成抑制因子。     

‘库尔勒香梨’PsPL基因的克隆与表达分析

【目的】分离和克隆‘库尔勒香梨’(Pyrus sinkiangensis Yu)果胶裂解酶(pectate lyase,PL)基因Ps PL,了解其在香梨果实不同时期转录水平上的表达差异,为香梨果实成熟软化机制研究提供理论依据。【方法】以‘库尔勒香梨’果肉组织为试验材料,通过RT-PCR和RACE技术得到Ps PL c DNA全长序列,并利用生物信息学方法对其进行分析和功能预测。运用实时荧光定量(q RT-PCR)技术,分析Ps PL基因在香梨果实生长发育后期及货架期的表达特性和差异。【结果】Ps PL基因c DNA全长序列为1 245 bp,Gen Bank收录号为KJ547669,该基因共编码414个氨基酸,属于果胶裂解酶家族基因,与其他植物PL基因编码的氨基酸序列有较高的同源性,与苹果同源性最高,达到97%;Ps PL在不同时期香梨果实中的表达差异很大,在生长发育后期表达量很低,盛花后150 d表达量最高。【结论】同源克隆了‘库尔勒香梨’Ps PL基因,可能在该梨果实软化过程中起到作用。     

甜樱桃SFB4与SFB4’基因的鉴别

 本研究以最近发现的李属花粉决定子候选基因“S 单元型特异F-box蛋白基因(SFB ) ”为基础, 根据甜樱桃SFB 4基因设计引物, 从自交不亲和‘雷尼’和‘佳红’以及自交亲和的‘斯坦拉’总DNA中分别扩增出SFB 4和SFB 4’基因的部分序列。经测序结果发现: SFB 4’基因比SFB 4基因缺失了4个碱基TAAA。根据这个缺失差异, 设计了一对引物BFP200和BFP201, 这对引物只能扩增SFB 4’基因,而不能扩增SFB 4基因, 从而利用SFB 基因区分开了甜樱桃自交不亲和的S4和自交亲和的S4’单元型。     

‘红根甘肃桃1号’抗南方根结线虫活性物质分析

【目的】探讨‘红根甘肃桃1号’抗南方根结线虫的生理机制。【方法】选取对南方根结线虫免疫的‘红根甘肃桃1号’、高抗的‘白根甘肃桃1号’、高感的‘贝蕾’以及‘红根甘肃桃1号’与‘贝蕾’的回交群体BC1为试验材料,采用广泛靶向代谢组技术测定样品间的代谢组成分,并利用转录组分析了黄酮醇合成途径关键基因在‘红根甘肃桃1号’与‘贝蕾’中的表达。【结果】在不同样品间,共检出17类、427种代谢产物,比较这些物质在BC1亲本和抗/感病混合池材料以及‘红根甘肃桃1号’和‘白根甘肃桃1号’种质间的含量变化,鉴定出4种差异的代谢物质,其中甲基槲皮素O-己糖苷的相对含量在‘红根甘肃桃1号’中是‘白根甘肃桃1号’的31.15倍。转录组分析表明,黄酮醇合成酶基因在不同抗性种质间表达有明显差异,其关键基因为Prupe.1G502300。【结论】差异代谢物质甲基槲皮素O-己糖苷可能作为一种重要的抗线虫物质,参与了‘红根甘肃桃1号’对南方根结线虫的免疫反应,该研究为解析‘红根甘肃桃1号’抗根结线虫的生理和分子机制奠定理论基础。     

无籽沙糖橘泛素结合酶E2基因CrUBC2的克隆及功能分析

泛素结合酶E2是底物泛素化的关键酶,通过泛素—蛋白酶体系统对雌蕊S-RNase进行泛素化和降解,在自交不亲和机制中发挥重要作用。以‘无籽沙糖橘’和‘沙糖橘’的花蕾为试材,以甜橙EST序列EY715921为依据克隆到965bp的cDNA全长序列,其编码152个氨基酸的UBC2蛋白,命名为CrUBC2。在‘无籽沙糖橘’和‘沙糖橘’的编码区发现1个C/T替换,并引起苏氨酸(Thr)变成异亮氨酸(Ile)。多序列比对表明‘沙糖橘’与其他8种植物UBC2仅有1个氨基酸差异,表现出进化中的高度保守性。qRT-PCR分析表明CrUBC2在花药中的表达量最高,异交授粉后的基因表达量是自交授粉的2.22倍～5.36倍,呈现明显的特异表达。体外花粉萌发试验表明,‘无籽沙糖橘’CrUBC2蛋白对自交花粉管生长有明显抑制作用,但对异交花粉管生长无影响,这可能与该蛋白参与S-RNase泛素化并导致异交亲和有关。     

‘南果梨’及其芽变‘南红梨’果实中糖分积累与相关基因表达差异分析

【目的】对‘南果梨’及其芽变‘南红梨’果实发育期间的可溶性糖含量及糖代谢相关基因的表达量进行分析,探索‘南果梨’及‘南红梨’糖积累差异的分子机制。【方法】以‘南果梨’及‘南红梨’果实为试材,利用高效液相色谱对2者可溶性糖含量进行测定,qRT-PCR对蔗糖代谢关键基因中性转化酶(NI)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)及蔗糖合成酶(SS)的表达差异进行分析。【结果】‘南果梨’与‘南红梨’中的果糖含量均在果实发育后期(8月21日)达到最大值,而‘南果梨’与‘南红梨’果实中葡萄糖与山梨醇含量差异不明显。果实发育初期,2者蔗糖含量差异不明显,采收期(9月14日)‘南红梨’果实中蔗糖含量约为‘南果梨’果实的2倍。PuNI与PuSS3在‘南果梨’中的表达量显著高于‘南红梨’,而PuSPS1、PuSS1和PuSS2在‘南红梨’中的表达量则高于‘南果梨’。【结论】‘南果梨’及‘南红梨’果实发育过程中糖代谢相关基因的差异表达会导致不同糖分的积累量出现差异。     

‘鸭梨’变异品系的筛选

该项研究对‘鸭梨’变异品系经二次嫁接,果实除保持‘鸭梨’原有优良性状外,仍保持变异特征。‘美香’鸭梨外观极美,果点只有‘鸭梨’的13.4%,香味浓,成熟期比‘鸭梨’晚10d左右,可溶性固形物含量12.7%;‘特大’鸭梨平均单果重468g,比‘鸭梨’大96.6%,而且糖分高、口感好。两变异品系可作为主栽品种发展,在新区发展可取代‘鸭梨’。‘闫庄自实’鸭梨能自花结实,可单独建园;‘金坠’梨花粉量大,既能自花结实,又可与‘鸭梨’授粉,是一个极好的主栽、授粉兼用品系。     

花粉直感对‘突尼斯’石榴坐果及果实品质的影响

【目的】弄清不同授粉品种对‘突尼斯’石榴坐果率及果实品质的影响。【方法】以‘突尼斯’‘中农红’‘冬艳’‘豫大籽’‘三白’‘陕大籽’和‘黑籽甜’为父本,‘突尼斯’石榴为母本进行人工授粉,观察花粉直感对‘突尼斯’石榴坐果及果实品质的影响。【结果】以‘突尼斯’为母本的自交和杂交果实均为软籽石榴。除‘冬艳’外,其他授粉品种的花粉对‘突尼斯‘授粉后,‘突尼斯’果实的坐果率及果实品质均有提高,存在明显的花粉直感。【结论】‘突尼斯’ב豫大籽’、‘突尼斯’ב三白’坐果率较高;‘突尼斯’ב黑籽甜’、‘突尼斯’ב陕大籽’果实品质较好,为‘突尼斯’石榴生产上合理配置授粉树、提高果实品质提供依据。