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果树矮化栽培具有早果、丰产、优质、便于机械化作业等优点,是世界果树生产发展方向。目前,适宜我国梨矮化栽培的矮化砧木比较匮乏,梨树生产栽培仍然使用乔化砧木。矮生品种和矮化砧木是梨矮化栽培的基础,也是梨主要育种目标。本研究利用实验室前期构建的‘红早酥’自然杂交群体,通过比较矮生型梨后代和普通型梨后代转录本差异,筛选出一个株高相关基因XYLEM NAC DOMAIN 1,将其命名为Pb XND1,明确了其调控烟草和杜梨高度、诱导烟草接穗矮化的机理,为梨矮生品种和矮化砧木选育奠定基础。主要研究结果如下:1.过表达Pb XND1通过影响木质部发育以及减少生长素和赤霉素含量导致了烟草和杜梨的矮生表型。通过横切观察矮生型梨幼苗茎结构,我们发现矮生型梨幼苗木质部发育不良。随后,我们对实生后代木质部发育相关基因进行了定量分析,结果表明木质部发育关键负调控因子Pb XND1的表达水平在矮生幼苗中显著升高。在拟南芥中,过表达XND1导致植物木质部导管缺失和极矮生表型。因此,我们猜测矮生幼苗中木质素合成相关基因（Pb CCR、Pb CCo AOMT、Pb HCT、Pb C3H、Pb4CL和Pb CAD）、纤维素合成相关基因（Pb CESA4、Pb CESA7和Pb CESA8）和次生壁发育关键转录调控因子（Pb MYB46、Pb MYB83和Pb VND7）表达水平显著降低可能是由于Pb XND1在矮生幼苗中表达水平升高引起的,并进一步导致矮生幼苗木质部缺陷的矮生性状。利用转基因技术,我们获得了Pb XND1过表达和沉默的转基因杜梨以及过表达转基因烟草。与野生型相比,过表达Pb XND1显著降低了烟草和杜梨株高。通过石蜡切片和激素测定实验,我们发现过表达Pb XND1能影响烟草以及杜梨茎和根系木质部及其导管发育,减少植株生长素和赤霉素含量,从而导致矮生表型。2.Pb XND1通过与Pb TCP4蛋白互作减少Pb VND7表达水平,从而影响烟草和杜梨木质部发育。过表达Pb XND1抑制了木质部发育主调控因子Pb VND7表达,但不是通过直接结合Pb VND7启动子,关于这种间接作用机制还是未知的。随后,我们从梨酵母文库中分离到了一个与Pb XND1互作的候选蛋白Pb TCP4,并通过酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补实验（Bi FC）验证了Pb TCP4与Pb XND1的互作关系。我们发现Pb TCP4能够结合并激活Pb VND7启动子活性,并利用杜梨根系转化实验证明Pb TCP4能促进杜梨根系木质部发育。进一步通过双荧光素酶实验我们发现Pb XND1与Pb TCP4相互作用显著抑制了Pb TCP4对Pb VND7启动子的激活作用。双分子荧光互补和共定位分析表明,Pb XND1表达导致Pb TCP4在细胞质中少量分离,从而阻止其激活下游基因表达。凝胶迁移实验结果证明Pb XND1能够影响Pb TCP4蛋白对Pb VND7启动子元件的DNA结合能力。这些结果表明,Pb XND1通过影响Pb TCP4对Pb VND7启动子元件的DNA结合能力降低了Pb VND7的表达水平,从而影响杜梨木质部发育。3.过表达Pb XND1通过直接降低Pb PIN1、Pb PIN4和Pb GA3ox1的表达水平,减少烟草和杜梨中生长素和赤霉素含量。实时荧光定量PCR结果显示在Pb XND1过表达转基因杜梨中Pb PIN1、Pb PIN4、Pb YUCCA6和Pb GA3ox1的表达水平显著下调,这表明Pb XND1还可能通过影响激素代谢途径调控植株高度。为了解析Pb XND1的调控机制,我们进行了酵母单杂交及双荧光素酶等实验。酵母单杂交实验结果表明Pb XND1可以结合到Pb PIN1、Pb PIN4和Pb GA3ox1的启动子上。双荧光素酶和β-葡萄糖苷酸酶（GUS）活性分析结果表明,Pb XND1能显著抑制Pb PIN1、Pb PIN4和Pb GA3ox1的启动子活性,从而降低Indole-3-acetic acid（IAA）和Gibberellin（GA）含量。4.过表达Pb XND1转基因烟草作为砧木能够降低嫁接烟草植株高度。以过表达Pb XND1转基因烟草为砧木,通过烟草嫁接实验我们发现过表达Pb XND1烟草作为砧木能显著减少接穗生长。激素测定结果显示嫁接在Pb XND1转基因烟草上的接穗中IAA、Gibberellin A3（GA3）和Gibberellin A4（GA4）含量显著降低。此外,解剖观察表明过表达Pb XND1转基因烟草作为砧木抑制了接穗木质部发育。红墨水实验表明过表达Pb XND1转基因烟草作为砧木降低了导水率。以上结果表明Pb XND1通过减少生长素和赤霉素含量以及降低导水率导致嫁接后烟草的矮化表型。5.Pb SCL8和Pb DOF1.6通过调控Pb XND1的表达水平参与杜梨根系木质部发育。Pb SCL8和Pb DOF1.6能够直接结合Pb XND1的启动子,Pb SCL8能激活Pb XND1的启动子活性,而Pb DOF1.6能抑制Pb XND1的启动子活性。为了探究Pb SCL8和Pb DOF1.6是否可以调控梨木质部发育,我们利用转基因技术获得了Pb SCL8和Pb DOF1.6过表达杜梨根系,通过切片观察发现Pb SCL8可以显著抑制根系木质部发育,而Pb DOF1.6促进了根系木质部发育。关于这两个基因是否能调控梨矮生性状是未知的,在后续将进一步研究。