2,4-D和CPPU诱导砀山酥梨单性结实的机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyc1958
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大多数梨自交不亲和,坐果易受不良气候的影响导致落花落果,严重制约了梨产量的提升。单性结实可使未受精的子房正常发育成成熟无籽果实,研究梨的单性结实有利于解决梨树生产上授粉受精不良问题。本研究以砀山酥梨为材料,通过花期喷施2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)、CPPU(氯吡脲)探究它们对梨单性结实的影响及诱导单性结实的机理。主要研究结果如下:1 2,4-D通过促进GA4合成诱导砀山酥梨的单性结实。试验发现40 mg L-1 2,4-D能诱导砀山酥梨的单性结实。处理后20天,2,4-D处理组坐果率达到了71.11%。2,4-D+PAC处理组的坐果率虽然达到了63.33%,但幼果在处理后40天全部脱落,无法获得成熟无籽果实。处理后4天2,4-D处理的幼果明显大于对照组,果皮厚度显著高于未授粉处理的子房,子房的细胞面积和细胞层数也显著增加。而2,4-D+PAC处理组与2,4-D单独处理组相比无论是幼果大小还是细胞面积、细胞层数都显著降低。2,4-D处理后子房内源IAA、GA3含量显著降低,GA4含量显著增加。与之相比2,4-D+P AC处理后子房中IAA和GA3含量没有显著差异,GA4含量显著降低。为了支持组织观察及激素检测结果,我们挑选了若干细胞发育及激素通路相关基因进行了表达的定量检测。定量结果显示,人工授粉在处理后4天仅显著上调细胞膨大基因Pbexpansi n-A10,而2,4-D能促进细胞膨大基因Pbexpansin-A10,细胞周期基因Pbcyclin-depen dent kinase B2-2、Pbcyclin-dependent kinase B2-2-like的高表达,PAC能显著抑制2,4-D对它们表达的促进效应。2,4-D处理后PbGA20ox2-like、PbGA3ox-1显著上调Pb GA2ox1-like、PbGA2ox2-like显著下调,从而增加了子房内源GA4含量,PAC则会抑制这种效应。生长素信号转导通路PbGH3.6-like的上调、赤霉素受体PbGID1B-like的显著下调表明2,4-D处理后生长素、赤霉素信号转导通路被激活。以上结果表明2,4-D通过促进GA4的合成诱导细胞分裂及细胞膨大并最终导致砀山酥梨单性结实。2 CPPU诱导砀山酥梨不依赖赤霉素的单性结实。盛花期对砀山酥梨花序喷施20mg L-1 CPPU可使坐果率在处理后20天达到93.5%,明显高于人工授粉处理。PAC与CPPU混合处理的坐果率为94.3%,坐果率与CPPU处理相比没有显著差异,能诱导产生成熟的无籽果实,因此我们推测CPPU诱导的单性结实可能是一种不依赖于赤霉素(GA)的单性结实现象。处理后4天,CPPU处理组和CPPU+PAC处理组的幼果子房明显膨大。石蜡切片观察发现CPPU处理能显著促进细胞分裂和膨大,PAC对CPPU的促进作用没有影响。激素检测结果显示,CPPU处理后无论是内源GA3还是内源GA4含量都没有增加,内源IAA含量显著提高,内源ABA含量显著减少,CPPU+PAC处理组激素水平与CPPU处理组相似。转录组数据显示,在CPPU处理组中细胞膨大家族有10个上调基因,细胞周期家族基因中有28个上调基因。CPPU+PAC处理组中细胞膨大家族有14个上调基因,细胞周期家族基因中有33个上调基因。结果表明CPPU能通过促进细胞膨大及细胞分裂家族基因的高表达来诱导细胞分裂和膨大。CPPU处理后仅有少量赤霉素通路相关基因的表达发生了变化。CPPU处理组中有35个生长素通路有关的差异基因,CPPU+PAC处理组中有48个生长素通路有关的差异基因。CPPU能显著上调生长素合成基因YUCCA的表达,与子房内高水平的内源IAA含量相符。CPPU处理后ABA关键合成基因NCED的表达被显著抑制,在CPPU处理组及CPPU+PAC处理组中分别有19个和33个ABA通路相关的差异基因,表明ABA通路同样被激活。作为植物体内一种重要的负调控转录因子,MADS-box家族在坐果过程中扮演着重要的角色。在CPPU和CPPU+PAC处理后有多个MADS-box家族基因明显下调。以上结果表明CPPU可能通过促进子房IAA的合成,抑制ABA的合成来诱导细胞的分裂和膨大,同时抑制MADS-box家族相关基因的表达导致砀山酥梨单性结实。
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