苹果微管蛋白家族基因选择性表达与苹果矮化的关系研究

作     者：宁芹芹 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑先波;张坤玺

授予年度：2023年

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

主      题：苹果 微管蛋白 翻译后修饰 矮化 

摘      要：我国是世界上最大的苹果生产国,种植面积和总产量均居全世界第一。但我国果树栽培大多为乔化稀植或乔化密植栽培,普遍存在树冠较大、栽培管理困难、树势强、树冠郁团、通风透光差、果实品质差、经济效益低等问题。相对而言,苹果矮化密植栽培具有早结果、早丰产、品质好、管理方便、品种更新快等优点,目前已成为苹果园区主流的栽培方式。而实现矮化密植的主要措施是利用矮化砧木或者矮生品种以及短枝型是实现这一趋势的重要手段。然而据统计,2019年我国的矮化密植面积仍只占总栽培面积的12%左右。除了果园机械化程度低、栽培管理技术落后的原因外,矮化砧木选择不当、矮化砧木资源的短缺、缺乏与主栽产区的气候、土壤、生态和主栽品种相适应的矮化砧木是限制我国矮化密植发展的重要因素。因此,需要全面解析苹果致矮的机理,筛选苹果矮化调控基因。微管的排列可以定向的改变细胞的伸长和分裂,是实现植物矮化的最直接和最重要途径之一。然而,现如今果树树体矮化研究主要集中在激素领域,微管与矮化的关系研究鲜有报道。因此,本研究首先以柱状苹果‘润太’为材料,通过对苹果微管蛋白基因家族进行生物信息学分析、组织特异性表达分析及翻译后修饰过程;其次以矮化砧木‘T337’与非矮化砧木‘平邑甜茶’为材料,进一步研究苹果微管蛋白基因在矮化砧和非矮化砧组织差异性表达,初步揭示微管蛋白基因选择性表达与矮化之间的关系。主要研究结果如下:1.从苹果基因组GDDH13V1.1鉴定到9个苹果α微管蛋白序列和13个苹果β微管蛋白;通过多序列比对结果发现苹果α微管蛋白和β微管蛋白都是N端氨基酸序列高度保守的,而C末端是可变化的。2.苹果α微管蛋白和β微管蛋白基因TUA3和TUB3在柱状苹果‘润太’各个组织中的表达量都较高;通过Western Blot结果显示酪氨酸化微管蛋白、去酪氨酸化微管蛋白、β微管蛋白三种翻译后修饰方式普遍存在于苹果的韧皮部、木质部、嫩叶和茎尖中。3.苹果木质部中,苹果基因TUA3和TUB4的相对表达量在非矮化砧木‘平邑甜茶’中表达最高;苹果韧皮部中,苹果基因TUA3的相对表达量在非矮化砧‘平邑甜茶’中表达量最高,苹果基因TUB3和TUB9在矮化砧‘T337’中的表达量最高;苹果成熟叶部位,苹果基因TUA8和TUB8在矮化砧‘T337’中相对表达量最高;苹果嫩叶部位,苹果基因TUA8和TUB7在矮化砧‘T337’中相对表达量最高;苹果茎尖部位,苹果基因TUA8和TUB2在矮化砧‘T337’中相对表达量最高;苹果根部位,苹果基因TUA8和TUB10在矮化砧‘T337’中相对表达量最高。本课题在研究苹果TUA和TUB微管蛋白基因为研究植物微管蛋白在基因家族水平调控木本植物矮化生长的分子机理方面奠定了一定的理论基础。