GA3和GA4诱导梨单性结实的差异分析

作     者：张海奇 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐凌飞;王志刚

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0902[农学-园艺学] 090201[农学-果树学] 

主      题：梨 GA3 GA4 单性结实 转录组 

摘      要：大多数梨具有自交不亲和的特性,在生产上常常使用人工授粉的方式来提高坐果率从而确保产量,但这种方式费时费力使生产成本增加。单性结实是指子房不经授粉授精能够直接发育成成熟果实的现象。单性结实可以解决梨树坐果对授粉受精的依赖问题。本研究以属于白梨种的砀山酥梨、西洋梨种的红星梨为试验材料,在盛花期分别喷施GA、GA,探究诱导梨单性结实的差异及差异产生的机理。主要研究结果如下:1. GA诱导砀山酥梨单性结实的能力优于GA。在未授粉处理幼果完全落果时,GA处理的坐果率达到了96.8%,远远高于GA处理后的坐果率(56.8%),且高于人工授粉处理后的坐果率(84.3%)。GA处理的幼果能够在处理后的135天收获无籽果实,而果实GA处理的幼果在处理后的40天全部脱落,不能够得到成熟的果实。处理后6天,GA处理的幼果显著大于人工授粉处理组和GA处理组及未授粉组。通过组织细胞学观察发现,相比于未授粉处理组,人工授粉处理组的幼果萼筒显著增厚,细胞层数明显增多。GA处理的幼果相比于GA处理的幼果显著地促进外萼筒的细胞分裂及内萼筒的细胞膨大,从而使内外萼筒同时增加导致萼筒总厚度的增加。GA处理和GA处理都能显著减少幼果中的内源ABA的含量,而GA处理后的幼果相比于GA处理后的幼果中的内源IAA的含量显著增加。因此,我们推测GA处理通过增加了内源IAA的含量,从而使坐果及果实发育优于GA处理。2. GA和GA诱导砀山酥梨细胞发育及激素通路相关基因表达的差异。通过转录组筛选与细胞发育及激素通路相关的差异表达基因。转录组结果显示,48个细胞分裂相关基因,14个细胞膨大相关基因表现出差异表达。进一步通过q RT-PCR鉴定,与外源GA处理相比,外源GA能够激活砀山酥梨幼果中Pbcyclin-dependent kinase B2-2(Pb CDKB22)、Pbcyclin-dependent kinase B2-2-like(Pb CDKB22L)、Pbexpan sin-A4(Pb EXPA4)、Pb Cyclin A2-4(Pb CYCA2-4)、Pb Cyclin B2-4(Pb CYCB2-4)的显著表达,并显著抑制Pbcyclin-dependent kinase inhibitor 6-like(Pb CDKI6L)的表达。对花后第四天各处理幼果进行转录组测序,对激素通路相关差异基因的筛选发现,GA和GA都能引起砀山酥梨幼果中赤霉素的信号转导并且都能抑制ABA代谢途径,而GA优于GA激活了生长素合成限速酶基因Pb YUCCA6的上调表达。结果表明,GA能够激活细胞发育及生长素合成基因的表达从而导致其优于GA诱导砀山酥梨的单性结实。3. GA诱导红星梨单性结实的能力优于GA。盛花期对红星梨花序喷施GA可使坐果率在处理的20天后达到42.9%,显著高于GA处理组(15.9%),与人工授粉后红星梨的坐果率40.3%相当。在处理后的100天,GA处理的幼果能够收获成熟的无籽果实,但是GA处理的幼果在处理后的35天完全脱落并无法收获成熟果实。处理后的第6天,GA处理后的幼果和GA处理的幼果都明显膨大且都小于人工授粉处理。通过组织细胞学观察发现,GA处理后的幼果和GA处理后的幼果相比于未授粉处理组都有显著的细胞发育,但是GA处理后幼果的总萼筒厚度明显高于GA处理后幼果的萼筒厚度,并且差异是由于内萼筒和外萼筒厚度的同时增加造成的。通过细胞面积统计发现,相比于GA处理后的幼果,GA显著促进了幼果内萼筒的细胞分裂和外萼筒的细胞膨大。激素测定结果显示,与GA处理组相比,GA促进红星幼果内源IAA的合成,但是GA处理却无法降低幼果内源ABA的含量。因此,我们推测G A优于GA能够降低幼果内源ABA的含量及更好的细胞分裂及细胞膨大导致更优的坐果。4. GA和GA诱导红星梨细胞发育及激素通路相关基因表达的差异。对花后第四天各处理幼果进行转录组测序,筛选了细胞发育及激素通路直接相关的基因。转录组结果显示,28个与细胞分裂直接相关的基因和7个与细胞膨大直接相关的基因差异表达。通过q RT-PCR鉴定,外源GA优于GA能够激活红星梨幼果中Pcexpansin-A4、Pc Cyclin A2-4、Pccyclin-dependent kinase B2-2的表达。通过激素通路相关基因的筛选,相比于GA处理组,GA处理能够激活红星梨幼果中生长素合成限速酶基因家族PcYUCCA显著地差异表达,但是GA处理组相比于GA处理组能够显著抑制了AB A合成关键合成酶家族基因Pc NCED的表达。结果表明,GA优于GA抑制Pc NCE D基因的表达及促进了细胞增殖从而促进红星梨单性结实坐果。5. 激素下游结实相关基因的筛选及功能分析。通过结实转录组与非结实转录组分析,我们筛选出结实关键基因Pb