葡萄糖促进富士苹果花芽孕育的基因调控网络研究

发布时间：2020-03-20 20:12

【摘要】：富士苹果作为我国栽培面积最大,产量最高的品种,在生产过程中,普遍具有难成花的问题,严重影响果实产量。本文在盛花期后25 d与30 d对富士苹果‘长富2号’分别喷施浓度为1.5%与3%的葡萄糖,研究其对花芽孕育的影响,基于RNA-seq测序手段,全面解析外源葡萄糖调控苹果花芽孕育过程中糖代谢以及成花相关基因表达模式;利用重测序技术鉴定比较不同成花特性芽变品种成花相关基因DNA多态性变异差异,发掘差异基因。通过以上研究,以期解析葡萄糖在苹果花芽孕育中的生理与分子机制。结果如下:1.葡萄糖处理促使短枝顶芽中可溶性糖及淀粉含量的上升,有利于短枝顶芽在花芽生理分化期的生长,富士成花率显著提升。但果糖在易成花表型中含量均降低,说明糖的种类及其比例对富士苹果花芽分化具有一定影响。2.基于RNA-seq技术,葡萄糖处理后在花芽生理分化期三个关键时间点比较获得差异表达基因数分别为9045、1959、6829个,其中三个时期都表达上调的基因数为186,三个时期都下调的基因数为426。鉴定筛选响应葡萄糖处理在富士苹果成花诱导中扮演重要作用的糖代谢及成花相关的差异表达基因数量分别为33、27个。3.通过对‘长富2号’和‘烟富6号’的全基因组重测序手段,分析比较了两者全基因组DNA多态性遗传变异信息。(1)在苹果‘长富2号’和‘烟富6号’品种中分别得到SNPs为5,409,757和5,149,354个;SVs分别为266,513和230,483个;INDELs分别为1,554,595和1,491,351个。(2)‘长富2号’特有的SNPs为2,381,987,而‘烟富6号’中的数量为2,121,584,两者相同的SNPs为3,027,770。基于两个品种独特SNPs,采用Fst,Pi,Tajimi’sD三种算法进行基因滑窗,筛选出正向选择的区域。通过不同数据库的注释,共得到1963个差异基因。4.通过qRT-PCR定量验证发现,在调控成花的T6P信号途径中,不管是葡萄糖处理后的转录水平,还是不同成花特性品种间的DNA水平,其差异都十分显著,另外,该通路中的MdTPS在易成花表型中都显著上调。此外,成花关键基因MdFLC、MdFT1、MdSOC1、MdAP1和MdLFY响应外源葡萄糖处理上调表达。基于以上结果,提出了外源葡萄糖介导苹果花芽孕育的基因调控网络假设模型。
【图文】：

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外源葡萄糖处理对富士苹果花芽孕育影响及不同成花特性芽变品种成花相关基因差异位点变异比较分析见于盛花期后 100d 左右。花芽分化这一复杂但重要的过程，直接影响到苹果开花的数量、质量以及坐果率。由于关系到产业现实问题，，所以苹果花芽分化的生理与分子机制长久以来都是果树学研究的重点。3 植物成花调控途径为了揭示植物成花转变的机制，在模式植株拟南芥中，科学家进行了大量的报道与究。在现有报道中，众多调控植物开花的相关基因在拟南芥中已被鉴定出来（Quesadal.2003），并且明确 6 条植物开花信号调控途径：即光周期途径(photoperiodpathway)、主途径(autonomouspathway)、春化途径(vemalizationpathway) 、赤霉素途径(gibberellinhway) 、温敏途径（ambienttemperaturepathway）、年龄途径（agingpathway），这个途径组成一个复杂的基因网络共同调控植物开花时间（Wellmer et al. 2010）。

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苗分别培养在浓度为 2 %和 6 %葡萄糖的条件下，不管光照条件如%葡萄糖条件还是正常生长条件下相比， 6%葡萄糖条件中的植株lland et al. 2006）。年来，糖信号与植物成花间的研究越来越多，其多集中于蔗糖与海的拟南芥淀粉缺乏突变体 pgm，未分化前外部施加蔗糖于分生组织高 2.4 倍，这证明蔗糖调控植物成花的过程中除了作为能源物质还Smeekens.2000）。研究表明，拟南芥中蔗糖可能是信号物质，其通对叶片中成花基因(主要是FT)与茎尖分生组织成花基因(主要是m，从而参与成花诱导（Wahl et al. 2013）。Amasino（2013）通过对究发现，随光合作用糖分的积累，葡萄糖能抑制 miR156 的表达，从s 的降解作用，间接上调下游 MADS-box 基因的表达，促进植株脱具类似作用的还有海藻糖-6-磷酸（trehalose-6-phosphate，T6P），也从而促进成花转变（Wahl et al. 2013）。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S661.1

【参考文献】