苹果成花抑制蛋白SVP基因的克隆、表达及启动子活性分析

以‘长富2号’苹果短枝顶芽为材料,采用同源重组法克隆得到成花抑制蛋白SHORT VEGETATIVE PHASE(SVP)家族的1个关键基因MdMADS50,开放阅读框(ORF)长度为675 bp,编码224个氨基酸。序列分析发现,该基因含有1个保守的MADS-box结构域和1个K-box结构域,属于MIKC型。氨基酸多重序列比对和系统进化分析表明,MdMADS50蛋白序列与苹果MdSVP具有较高的同源性。qRT-PCR分析结果表明,MdMADS50具有组织表达特异性,在苹果芽和叶中表达量较高。外源GA_3处理促进了MdMADS50的表达,且在难成花品种‘长富2号’苹果芽中的表达量显著高于其他苹果品种。另外,GUS活性检测结果表明MdMADS50基因启动子具有启动活性,且受外源GA_3诱导后活性增强。综上,研究表明MdMADS50可能响应GA_3处理对苹果成花诱导发挥抑制作用,并介导赤霉素信号参与苹果花芽孕育的调控。     

苹果‘长富2号’开花调控转录因子基因MdIDD7的克隆及表达分析

以‘长富2号’苹果为试验材料,采用RT-PCR的方法,从其芽中克隆得到INDETERMINATE DOMAIN(IDD)转录因子基因MdIDD7,其开放阅读框长度为1 626 bp,编码541个氨基酸。序列比对和结构域分析表明,该转录因子含有1个核定位信号和4个高度保守的锌指蛋白结构域。系统进化树分析表明,MdIDD7与白梨(Pyrus×bretschneideri,XP_009364602.1)、桃(Prunus persica,XP_007225628.1)和梅(Prunus mume,XP_008220893.1)聚在一起。实时荧光定量PCR表明,MdIDD7在‘长富2号’不同组织(茎、叶、花、果和芽)中均有表达,其中芽的表达量最高。花后40~60 d,MdIDD7在易成花品种‘烟富6号’芽中表达量显著高于难成花品种‘长富2号’。"小年"树顶芽组织中MdIDD7的表达量显著高于"大年"树。在花芽诱导前期,外源GA处理诱导MdIDD7下调表达,而蔗糖处理诱导其上调表达,说明MdIDD7响应激素和糖信号,促进苹果成花。     

苹果赤霉素信号转导因子MdGAMYB的克隆和表达分析

以‘长富2号’苹果为试验材料,从其短枝顶芽中克隆得到1个赤霉素信号转导因子MdGAMYB,对其进行生物信息学和表达分析。结果表明,MdGAMYB的开放阅读框(ORF)长度为1 656bp,编码551个氨基酸,蛋白质分子量为59.741 kD。生物信息学分析表明MdGAMYB编码的蛋白存在多个糖基化位点和磷酸化位点;序列分析表明,Md GAYMB和其他物种的GAMYB蛋白有很高的相似性,均含有保守的R2R3 DNA结合域和GAMYB家族所特有的Box1,Box2和Box3保守区域;系统进化分析表明,Md GAYMB与梨、梅花、草莓、枣和葡萄等的GAMYB蛋白具有较高的同源性。实时荧光定量PCR分析表明,Md GAYMB具有组织表达特异性,在叶片、花和芽中的表达量较高。外源GA3处理抑制了花芽孕育和翌年成花,抑制MdGAMYB的表达。在易成花品种‘烟富6号’中的表达量高于难成花品种‘长富2号’。     

‘长富2号’苹果短枝幼果摘除对芽叶可溶性糖积累和成花相关基因表达的影响

以‘长富2号’苹果为材料,在盛花期后31d进行短枝摘果处理,研究处理后短枝顶芽生长状态、成花率以及短枝芽叶可溶性糖(蔗糖、果糖、葡萄糖及山梨醇)的动态变化,并利用实时荧光定量PCR检测顶芽糖代谢相关基因(MdSPS6、MdSUSY1、MdHXK1、MdSUT1)、MdTPS基因和成花相关基因(MdFT、MdFD、MdCO、MdSOC1、MdLFY、MdAP1)的表达模式。结果表明:摘果处理后,短枝顶芽长度、宽度及鲜样质量有一定的增加,次年成花率显著高于对照;短枝顶芽中蔗糖、果糖、山梨醇变化较为明显,在生理分化后期都显著高于对照,而葡萄糖含量变化较小;短枝叶片中,4种可溶性糖含量第1个高峰由盛花期后60 d提前至40 d;顶芽糖代谢相关基因及3个MdTPS基因(MdTPS1-1~MdTPS1-3)都响应摘果处理;MdFT、MdFD、MdCO、MdSOC1和MdLFY等的表达在盛花期后40 d均有显著的上调,其中MdLFY的变化最为明显,而MdAP1在整个生理分化期与对照无显著差异。     

三倍体枇杷花期调控基因Ej SPL5的克隆、亚细胞定位及表达分析

利用同源克隆和c DNA末端快速扩增(RACE)技术从三倍体枇杷‘Q27’中分离得到1个调控花期的SQUMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN LIKE(SPL)转录因子家族基因EjSPL5。该基因cDNA序列全长为778 bp,其中5′非翻译区(UTR)序列为24 bp,3′UTR序列为214 bp,包含1个长为549bp的开放阅读框(ORF),编码182个氨基酸。蛋白序列比对分析表明,EjSPL5和苹果、拟南芥及金鱼草的SPL蛋白序列具有较高的相似性,均具有保守的SBP结构域和核定位信号(NLS)。分子系统进化分析表明,EjSPL5与苹果MdSPL5具有较高的同源性,聚为同一分支。EjSPL5的亚细胞定位发现,其行使功能区域定位在细胞核。实时荧光定量PCR分析表明,EjSPL5在枇杷萼片和幼果中的表达量较高;二倍体和三倍体枇杷的早、晚花品种中EjSPL5表达量存在显著差异,其表达主要集中在花发育的前6个时期,在花蕾露白期和盛花期的表达量较低。三倍体枇杷EjSPL5表达量在花芽形态分化期最高,二倍体枇杷在花序侧生支轴快速伸长期的表达量最高。早花枇杷品种的EjSPL5相对表达量高于晚花品种。     

外源葡萄糖对‘长富2号’苹果花芽生理分化期可溶性糖和相关基因表达的影响

以‘长富2号’苹果为材料,于花后25和30 d喷施浓度1.5%和3%的葡萄糖,研究处理后短枝顶芽的发育状况、可溶性糖、淀粉含量及相关代谢酶活性的动态变化,并利用实时荧光定量PCR检测糖代谢相关基因与成花相关基因的表达模式。结果表明:葡萄糖处理后,短枝顶芽长度、宽度及质量有一定程度增加;短枝顶芽中,蔗糖、葡萄糖、山梨醇在生理分化中前期显著高于对照,淀粉含量整体升高,而果糖含量在整个生理分化期显著降低;山梨醇脱氢酶、山梨醇氧化酶、蔗糖合酶合成方向以及蔗糖磷酸合成酶活性在不同时期有所增加,而酸性与中性蔗糖转化酶,及蔗糖合酶分解方向酶活性普遍降低;叶片中碳水化合物积累明显,糖代谢相关酶活性也发生相似改变;顶芽糖代谢相关基因及2个MdTPS基因都响应葡萄糖处理;成花关键基因MdFT 1、MdFD、MdLFY、MdSOC 1和MdAP 1均显著上调,而成花抑制基因MdTFL 1从花后30 d开始,表达显著下调。     

‘红星’苹果花芽分化期细胞分裂素动态研究

本文研究了成年‘红星’苹果短枝停长后15～85天顶芽内细胞分裂素(CTK)类物质的动态变化以及环切处理后的影响。薄层色谱(TLC)配合生物鉴定的定性结果表明,短枝顶芽内至少含有两种CTK,玉米素是其中之一。生物鉴定的定量结果表明,在短枝顶长后15天,短枝顶芽内CTK类物质含量还很高,以后逐渐下降;环切处理后明显延缓其降低速度,从而使得处理后30天前后CTK类物质含量显著高于对照(P<0.01),短枝花芽随即开始大量分化;在短枝顶长后25天,短枝顶芽内CTK类物质含量小年显著高于大年(P<0.01)。本文还对CTK在苹果花芽分化中的作用以及CTK的产生部位进行了讨论。     

梨矮化砧木‘中矮1号’生长素氢转运体基因PcAHS及其启动子的克隆与表达分析

以梨（Pyrus communis L.）紧凑型矮化砧木‘中矮1号’及其母本‘锦香’新梢韧皮部为试材,根据转录组测序结果设计特异性引物,克隆到1个长1 239 bp的基因序列。该序列在两个品种间不存在差异,均编码412个氨基酸,其氨基酸序列与苹果（np_001280772.1）、梅（xp_008242099.1）、毛果杨（xp_002306421.2）、草莓（xp_00428771.1）的生长素氢转运体基因（AHS）编码的氨基酸序列的相似性在67% ~ 99%之间,命名为PcAHS。qRT-PCR分析发现,‘中矮1号’新梢韧皮部中PcAHS的表达量均低于母本‘锦香’,推测其启动子序列存在差异。‘中矮1号’及其母本‘锦香’PcAHS 基因上游启动子长度分别为828 bp和888 bp,二者相似性89.1%。序列分析发现‘中矮1号’PcAHS基因启动子有一段58 bp（–496 bp ~–553 bp）的缺失;利用植物顺式作用元件数据库PLACE和PLANTCARE分析表明,‘中矮1号’启动子含有一个‘锦香’没有的BPBF转录因子结合元件P-box。推测‘中矮1号’PcAHS基因启动子特有的片段缺失和P-box转录因子结合元件可能是导致其表达量低并通过影响生长素的运输最终引起矮化的原因。     

苹果自由纺锤形树体结构相关因素分析

为明确自由纺锤形整形的苹果树体结构及各因素间的相关性,在河北省行唐县苹果标准示范园内分别调查了自由纺锤形整形的‘惠民短枝’‘长富二号’‘华冠’3个苹果品种的树基部粗度、顶端粗度、树高和主枝数、主枝长、主枝粗,分析了3个苹果品种中心干尖削度与其上着生的主枝长、粗的相关性。结果表明,‘惠民短枝’‘华冠’中心干尖削度与主枝长、粗均为负相关,但相关性不显著;‘长富二号’中心干尖削度与主枝长、粗均表现为正相关,其相关性也不显著。     

苹果愈伤组织超表达MdNAC029促进花青苷积累

以‘光辉’海棠(Malus spectabilis‘Guanghui’)与‘王林’苹果(Malus×domestica‘Orin’)杂交后代中分离出来的红肉苹果果实为试验材料,克隆得到1个NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子基因,命名为MdNAC029。该基因开放阅读框(ORF)为843 bp,编码含有280个氨基酸的蛋白。保守结构域分析显示,MdNAC029蛋白在N端包含1个保守的NAC结构域。基因表达分析显示该基因在红肉苹果果实中表达量较非红肉果实高。在‘王林’苹果愈伤组织中超表达MdNAC029,其花青苷积累显著增加,表明MdNAC029在调控花青苷积累过程中发挥重要作用。对MdMYB1启动子序列进行分析,发现其序列包含1个MdNAC029转录因子的结合位点。同时,烟草瞬时表达试验显示,MdNAC029能够激活MdMYB1基因的表达。由此推测,MdNAC029可能通过直接促进MdMYB1基因的表达,正向调节花青苷的积累。     

短枝型苹果赤霉素受体基因MdGID1a 及其启动子克隆和表达分析

 以短枝型富士苹果‘龙富短枝’（Malus × domestica Borkh.‘Longfu Duanzhi’）枝条为试材, 采用RT-PCR 结合RACE 技术,克隆获得苹果赤霉素受体基因MdGID1a,GenBank 基因数据库的登录号 为JF516247。该基因编码区共1 035 bp,推测其编码345 个氨基酸。氨基酸序列分析显示,其具有HSL 基因家族的保守氨基酸结构域HGG 和GXSXG,与其它植物赤霉素受体基因具有较高的同源性。其启动 子序列包含植物激素和光等响应元件。实时定量qRT-PCR 分析表明,MdGID1a 在短枝型‘龙富短枝’和 普通型‘长富2 号’枝条不同生长阶段、在叶片、枝条、果实、花和叶芽中的表达水平存在明显差异。 苹果赤霉素受体基因MdGID1a 在短枝型苹果枝条伸长过程中具有一定的调控作用。     

‘元帅’苹果短枝变异逆转座子插入位点临近基因MdRDACO1的表达及功能分析

前期研究发现在‘元帅’苹果短枝突变体4号染色体约3 768 578 bp处存在一个2 190 bp的逆转座子Mdsolo-LTR1及其插入位点3'端约50 kb处有一乙烯合成限速酶基因ACO1。以‘元帅’及其短枝突变品种‘奥勒冈矮生’为试材，研究逆转座子Mdsolo-LTR1对其临近基因MdRDACO1表达活性的影响。荧光定量PCR结果表明，MdRDACO1的表达量在新梢发育至9节和12节时的顶芽和新梢半木质化前各阶段的茎段中均是‘元帅’显著高于‘奥勒冈矮生’。拟南芥异源转化结果显示，播种后7 d时，转MdRDACO1基因株系下胚轴长度和45 d时株高显著高于野生型和转空载株系；进一步分析发现，转MdRDACO1株系中古巴焦磷酸合成酶基因AtCPS1的表达量显著高于野生型和转空载株系。试验结果暗示‘奥勒冈矮生’等短枝突变体中，逆转座子Mdsolo-LTR1可能通过抑制其临近的乙烯合成限速酶基因MdRDACO1的表达活性，从而抑制受乙烯正调控的赤霉素合成关键基因MdCPS活性，进而导致短枝突变。     

葡萄SPL9和SPL10基因全长cDNA克隆、亚细胞定位和表达分析

 从‘夏黑’葡萄（Vitis vinifera × V. labrusca ‘Summer Black’）中克隆了SBP（Squamosa promoter binding protein）类重要转录因子基因SPL9和SPL10全长cDNA序列,在GenBank的登录号分别是HM018600和HM018601,序列分析表明二者均具备完全保守的核定位信号序列（KKSR）、SBP结构域以及葡萄microRNA156a（Vv-miR156a）的靶序列。进一步构建Vv-SPL9和Vv-SPL10亚细胞定位表达载体,对其是否具有核定位功能进行了研究,并利用半定量、荧光定量RT-PCR研究了这两个基因与Vv-miR156a在葡萄不同组织的表达情况。结果表明：转录因子SPL9和SPL10均定位于细胞核中,而且两个基因在葡萄各个组织中均有表达,但表达量存在差异,两者均在小果中的表达量最高。Vv-miR156a的积累水平与这两个基因在各个组织中的表达呈现一定的消长关系,并且在小果中最为明显。     

纬度和海拔对主要苹果品种花芽分化期的影响

花芽分化调控是苹果优质高产高效栽培的关键环节之一,准确把握花芽分化时期是精准调控的前提和基础,为探究纬度和海拔对苹果花芽分化期的影响,在陕西省杨凌示范区、甘肃省静宁县和四川省茂县3个苹果产区,用摘叶和摘果的方法研究了茂县(海拔1 425、1 680和2 050 m)、静宁(海拔1 601 m)‘长富2号’苹果,杨凌地区(海拔525 m)‘长富2号’、‘烟富6号’、‘嘎拉’和‘秦冠’苹果的花芽分化差异。结果表明:在杨凌地区花芽生理分化的时间为‘长富2号’56 d,‘烟富6号’49 d,‘嘎拉’56 d,‘秦冠’42 d。在茂县不同海拔试验点,‘长富2号’花芽生理分化期持续的时间长短为低海拔高海拔(海拔1 425 m试验点为75 d,1 680 m为70 d,2 050 m为65 d)。‘长富2号’在不同地区,花芽分化持续时间的长短为低纬度高纬度[茂县(31o33′N)为70 d,杨凌(34o18′N)为56 d,静宁(35o41′N)为49 d]。枝条停长时间与花芽分化密切相关,枝条停长越晚越不易形成花芽。在高纬度和高海拔地区枝条停长晚,但是花芽分化持续时间相对短。‘嘎拉’和‘长富2号’花芽分化从6月初开始至10月底分为6个时期,每个时期有明显的特征,各个时期相互交叉重叠;‘长富2号’各分化时期比‘嘎拉’开始的早,结束的晚,并且持续时间长,相对分散,认为这可能与富士苹果成花难有关。     

苹果光敏色素作用因子基因PIF 的克隆和分析

 以短枝型苹果（Malus domestica Borkh.）为试材,采用RT-PCR结合RACE技术,克隆获得一个光敏色素作用因子（PIF）基因,命名为MdPIF。该基因编码区共2 142 bp,推测其编码713个氨基酸。氨基酸序列分析显示,在其C端具有保守氨基酸结构域bHLH,N端具有光敏色素结合域APB,与其它植物光敏色素结合因子有很高的同源性。实时荧光定量PCR分析表明,在花后20 ~ 110 d,MdPIF在短枝型和非短枝型苹果枝条均能表达,同一生长时期,短枝型苹果枝条的表达量显著低于非短枝型,说明苹果短枝性状可能与MdPIF的差异表达有关。MdPIF在叶片、枝条、花瓣、果实和芽中均能表达,在不同器官中的表达量存在明显差异,在枝条中相对表达量最高,推测其可能主要调控苹果枝条的伸长。     

苹果短枝型新品种‘神富6号’性状分析

烟台现代果业科学研究院以选育推广苹果优良品种为目标,2003年选育出短枝红色双芽变品种‘神富6号’,2017年2月获得山东省林木品种审定委员会颁发的林木良种证。为了促进苹果产业的发展,适应提质增效和老品种更新换代的需要,进一步检验短枝型品种‘神富6号’的适应性、抗逆性以及产量、品质等指标,我们分别在烟台市莱山区、牟平区、海阳市进行区域试验和生产示范。     

MdMYB73的分子克隆及其在苹果愈伤组织和拟南芥幼苗中的盐抗性功能鉴定

从‘嘎拉’苹果中克隆了一个MYB转录因子基因(序列号:MDP0000894463)。该基因包含长为729 bp完整的开放阅读框,编码243个氨基酸,预测其蛋白质分子量为26.34 kD,等电点为9.29。系统进化树分析表明,这一MYB转录因子与拟南芥AtMYB73同源序列相似性最高,因此将其命名为MdMYB73。功能域分析表明,MdMYB73蛋白含有保守的R2R3-typeMYB绑定域。荧光定量PCR分析表明,MdMYB73在苹果的各个组织均有表达,在叶片和花中表达相对较高;MdMYB73的表达明显受盐胁迫的诱导。将异位表达MdMYB73的拟南芥幼苗进行抗盐鉴定,结果表明MdMYB73负调控拟南芥盐胁迫抗性;同时,AtSOS1,AtSOS3和AtNHX1抗盐相关基因的表达水平显著降低,表明MdMYB73可能负调控SOS反应,影响拟南芥抵抗高盐胁迫过程。将MdMYB73基因遗传转化苹果愈伤组织,抗盐表型分析表明,MdMYB73过量表达也明显降低了转基因愈伤组织对盐胁迫的抗性。     

苹果矮化砧‘71-3-150’对冷胁迫的生理与转录组响应

为探索苹果矮化砧木抗寒的生理和分子机制,筛选抗寒相关基因,分析了苹果高抗寒矮化砧木‘71-3-150’在冷胁迫(4℃)0、2、6、12和24 h时的膜伤害、活性氧代谢、渗透调节物质积累等生理指标及转录组的变化。结果表明:‘71-3-150’在冷胁迫0~2 h即表现出抗氧化和渗透调节反应,6 h后SOD、CAT等活性氧清除酶活性及主要渗调物质维持在较高水平趋于稳定,膜伤害加重趋势缓解,说明其具有快速响应冷胁迫的生理机制,0~6 h是其冷适应的关键时期;转录组分析表明,0 h vs 2 h、0 h vs6 h、0 h vs 12 h和0 h vs 24 h等比较组分别含有491、1 115、828和1 047个上调差异表达基因及537、688、708和1 016个下调差异表达基因,其中4个组共有的115个上调基因和136个下调基因表现为6种表达模式;筛选出28个‘71-3-150’冷适应过程中存在显著差异表达的功能基因与转录因子基因,调控低温信号感知与传导的基因在0~2 h出现显著性上调表达,参与渗透调节、活性氧代谢、膜和蛋白保护等过程的基因随低温处理呈现多样性表达模式,表明该砧木在冷适应过程中存在快速和多样的低温信号感知、转导和响应的分子机制。     

苹果U-box型E3泛素连接酶MdPUB24的耐盐性和ABA敏感性鉴定

从‘皇家嘎拉’苹果(Malus×domestica Borkh.)中克隆了一个E3泛素连接酶基因(序列号:MDP0000199588)。基因序列测序发现,该基因包含长为1 212 bp完整的开放阅读框,编码404个氨基酸。系统进化树分析表明,这一E3泛素连接酶与拟南芥At PUB24同源序列相似性最高,因此将其命名为MdPUB24。利用Plant Care数据库进行启动子顺式作用元件预测分析表明,MdPUB24启动子序列中含有与脱落酸、光、茉莉酸及干旱信号相关的顺式作用元件。荧光定量PCR分析表明,MdPUB24在‘皇家嘎拉’苹果的不同组织中均有表达,且在叶片中最高;外源ABA、NaCl和低温胁迫处理能够抑制‘皇家嘎拉’苹果组培苗中MdPUB24的表达。MdPUB24过量表达的‘王林’苹果愈伤组织和异位表达的拟南芥幼苗在盐胁迫条件下,生长势与野生型相比明显变弱,表明MdPUB24负调控盐胁迫。相反,在外源ABA处理条件下,MdPUB24过量表达苹果愈伤和异位表达拟南芥与对照相比,生长势明显增强,表明MdPUB24对ABA不敏感。     

苹果全基因组PIN成员鉴定及MdPIN15的克隆和在腋芽萌发中的表达分析

从苹果金冠基因组中鉴定得到18个生长素输出载体蛋白PIN-formed(PIN),对其进行理化特性、基因结构、系统进化和启动子元件分析。结果表明,MdPIN基因家族中,含有1~14个外显子,0~13个内含子;MdPIN蛋白的保守基序数量在3~10。苹果PIN和拟南芥PIN等蛋白高度同源,且根据其进化树分为G1、G2和G3亚组;18个MdPIN在不同基因型苹果的不同器官中表达具有明显差异。以‘长富2号’为材料,从其腋芽中克隆得到一个候选基因MdPIN15,其开放阅读框为1869 bp,编码622个氨基酸。实时定量PCR表明,MdPIN15在梢尖部位表达量最高,其次是腋芽,在花芽中表达量最低;,外源GR24和Lovastatin(LVS)处理降低MdPIN15的表达量;6-BA和去茎尖处理提高了MdPIN15的表达量。MdPIN15在介导细胞分裂素(CK)、生长素(IAA)和独脚金内酯(SL)等激素调控腋芽萌发有重要作用。