世界苹果的栽培发展趋势为矮化密植栽培模式,然而苹果幼树生长发育的分子调控机制尚未被完全揭示,且研究主要集中于生长素(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CK)和脱落酸(ABA)。被誉为第六大植物激素的油菜素内酯(BR)是一类重要的植物生长调控物质。然而,BR对苹果幼树生长发育的调控作用尚不清楚。因此,探究BR调控苹果幼树生长发育的分子机制,将有利于丰富苹果生长发育调控理论,对实现我国苹果生产模式的变革具有重要意义。本文利用i TRAQ蛋白质组学手段,初步分析了BR介导苹果幼树生长发育调控过程中的关键蛋白和代谢通路。在全基因组范围内鉴定了BR合成、代谢及信号转导相关基因,并初步预测了它们在苹果幼树生长调控中的潜在功能。此外,鉴定了一个可以靶向负调控BR信号受体基因Md BAK1的新Mdmi RLn492,结合遗传转化试验初步探究了Mdmi RLn492和Md BAK1对苹果生长发育的调控机制;利用RNA-seq,初步解析了Md BAK1介导苹果幼树生长发育的关键基因调控网络。主要结果如下:1.利用蛋白质组学初步分析了外源BR对苹果幼树的调控机制。(1)BR处理组幼树的株高、平均节间长度、叶面积、叶片及主茎干鲜重和主茎粗度都显著大于对照组。(2)在处理组和对照组中鉴定了叶绿素合成、光合作用、碳水化合物代谢、能量代谢(糖酵解、三羧酸循环和呼吸电子传递)、激素信号、细胞生长及木质素代谢相关差异表达蛋白。(3)BR促进了主茎细胞的生长及木质部的增厚;相对于对照组,BR处理的幼树叶片中矿质元素(氮、磷和钾)、碳水化合物(淀粉、蔗糖和果糖等)、光合指数(Pn、Gs和Ci)及顶梢中激素(BR、IAA和GA)含量均显著提升。综上所述,预测了BR介导能量代谢、激素代谢、细胞生长及木质素合成促进苹果幼树生长发育的假定模型。2.在苹果全基因组范围内鉴定了22个BR合成与代谢基因,分析了它们在枝条和根系生长中的表达模式。(1)该类基因分别与其拟南芥同源基因在结构域、化学特性及基因/蛋白结构上高度保守。同线性分析发现了苹果基因间的复制事件,导致苹果BR合成及代谢基因的加倍。(2)若干BR合成及代谢基因(Md CPDs、Md ROT3和Md CYP90D1等)受BR、IAA和温度调控,分别参与了苹果幼树根系及主茎的生长发育。与拟南芥同源基因相比,苹果BR合成和代谢基因(Md BR6ox2和Md DWF4s)在对外源激素响应上有差异。苹果主茎和根系的生长,可能由不同的BR合成及代谢基因介导。(3)一些基因(Md DWF1s、Md CPDs和Md DWF4-3等)也可能分别调控了不同品种和不同嫁接组合幼树枝条的伸长生长。3.完成了苹果BR信号转导基因的全基因组鉴定工作,分析了它们在主茎生长过程中的表达模式。(1)发现了苹果BR信号基因复制事件,鉴定了苹果与拟南芥直系同源的BR信号基因。(2)外源BR可能会通过若干BR信号基因(Md BRI1-5、Md BSK3-8和Md BKI1-2等)促进苹果幼树主茎伸长。(3)预测一些BR信号基因(Md BRI1-5、Md BSK1和Md BSK4/7)可能参与了苹果矮化砧木Malling 9(M9)对接穗的致矮过程。4.鉴定了Mdmi RLn492对Md BAK1的调控关系,通过遗传转化试验及RNA-seq初步分析了Md BAK1的生物学功能。(1)Mdmi RLn492可以负调控Md BAK1(Md BAK1-1),但由于存在4个Md BAK1同源基因(Md BAK1-1、Md BAK1-2、Md BAK1-3和Md BAK1-4)使得Mdmi RLn492过表达的苹果转基因植株未表现出与Md BAK1过表达转基因植株相反的表型。(2)Md BAK1正调控植物的生长,过表达Md BAK1提高了转基因植物的株高、平均节间长度和主茎细胞长度等。(3)Md BAK1增强了转基因拟南芥和苹果对BR信号的敏感性。(4)转录组学结果表明,Md BAK1通过调节糖、能量、激素、BR与乙烯信号、木质素和逆境响应促进了苹果幼树的生长。综合分析,预测了Md BAK1介导苹果幼树生长发育的假定调控机制。综上所述,BR在苹果幼树生长发育中起着重要的作用。BR可能会通过影响能量、激素、细胞生长和木质素代谢促进苹果幼树的生长。鉴定了苹果和拟南芥BR合成、代谢及信号转导基因的异同点,预测了在BR、IAA和温度介导苹果幼树主茎及根系生长过程中可能起调控作用的BR合成、代谢和信号基因,发现了可能参与调控不同品种和不同嫁接组合苹果幼树枝条伸长的BR基因。明确了新Mdmi RLn492对Md BAK1的靶向调控关系,初步分析了Md BAK1同源基因的功能冗余性,探讨了Md BAK1通过调节糖、能量、BR和乙烯信号、木质素和逆境响应促进了苹果幼树的生长的分子机理。