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喀斯特地区土壤的一个主要特点是高钙,Ca2+是植物生长发育所必需的大量元素,既作为营养物质稳定细胞结构,也作为信号分子帮助植物体适应外界环境变化,环境中过高的Ca2+会使植物包括幼苗和果实发生一系列Ca2+毒害。森林草莓（Fragaria vesca）是研究蔷薇科果树的模式植物,目前关于高钙对于森林草莓幼苗和果实的影响及作用机制知之甚少。因此,本研究以高钙分别处理森林草莓幼苗和果实,通过表型、生信分析、基因表达和基因功能等研究高钙对森林草莓幼苗和果实的影响及作用机制,为蔷薇科果树在喀斯特地区的应用提供理论基础和遗传资源。主要研究结果如下:1高钙对森林草莓幼苗的影响和作用机制1.1使用不同Ca2+浓度梯度（1.5、10、20、30、40、50、70、100 mM）处理森林草莓幼苗,发现与1.5 mM Ca2+（1/2 MS培养基）处理相比,在10 mM～30 mM Ca2+处理下,幼苗根长显著增加;随着Ca2+浓度上升到50 mM时,幼苗生长受到明显抑制,根长伸长长度降低45%;而当Ca2+浓度达到70和100 mM时,幼苗生长受到严重抑制,根长几乎停止伸长。结果显示10 mM Ca2+可作为培养森林草莓的适宜生长浓度,幼苗可以适应30 mM的高钙浓度,说明森林草莓为高钙植物。1.2比较分析适宜生长浓度10 mM与高钙胁迫浓度70 mM处理下的森林草莓幼苗的转录组,发现了1850个DEGs,其中上调基因1045个,下调基因805个。GO分析发现上调基因主要富集在参与抗氧化活性、分子传感器、信号传感器活性等过程,说明森林草莓幼苗可通过参与抗氧化,信号传递等生物学过程来适应高钙胁迫;同样地,KEGG分析显示上调DEGs主要富集在植物-病原互作、苯丙烷类的生物合成、植物MAPK信号途径、淀粉和蔗糖代谢、谷胱甘肽代谢、角质,软木脂和蜡的生物合成和硒化合物代谢等途径,暗示森林草莓幼苗可能通过上述次生代谢途径以响应高钙胁迫。1.3钙依赖蛋白激酶（CDPK）常作为钙应答蛋白参与Ca2+解码过程,在植物适应钙胁迫方面常发挥重要作用。但森林草莓中CDPK超家族成员未知,因此,首先从森林草莓全基因组数据中鉴定得到28个FvCDPK超家族成员,并对其基因结构、保守结构域、进化关系和全发育期时空表达谱等进行常规生物信息学分析;亚细胞定位结果显示大部分FvCDPK超家族蛋白定位在细胞膜上,这与其具有棕榈酰化位点和豆蔻酰化位点相对应;最后由转录组和qRT-PCR比较FvCDPK超家族在10mM和70 mM Ca2+浓度下的表达,结果表明FvCDPK1/5/6/8/16/17与FvPEPRK2对高钙胁迫发生响应,可能在森林草莓适应钙胁迫中发挥作用。1.4利用实验室现有M1代快中子突变体库,以导致根长伸长降低45%的50 mM Ca2+作为筛选浓度,对M2代突变体幼苗进行筛选,根据植株表型初步鉴定得到1株厌钙突变体FN-1-046,4株喜钙突变体（FN-1-026/-028/-052/-082）。这些候选突变体的获得,可为后续研究森林草莓适应高钙胁迫基因提供实验材料。2高钙对森林草莓果实的影响和作用机制2.1 90 mM Ca2+被用作栽培草莓果实的高钙处理浓度,因此我们以90 mM Ca2+浸泡转变期（18～20 DAP）的森林草莓果实,与1/2MS对照相比,虽然果实外观形态无明显差异,但是总果胶含量上升,果实硬度显著提高,说明高钙可抑制草莓果实软化。2.2果胶裂解酶（PL）是果实软化过程中的一个关键酶,但森林草莓中PL基因家族成员与其是否参与果实软化尚不明确。因此,首先基于森林草莓全基因组分离鉴定了16个FvPL家族基因;然后对FvPL基因家族的蛋白理化性质、保守基序、基因结构、进化关系及全发育期时空表达谱进行分析;时空表达谱发现FvPL1、FvPL4和FvPL7三个基因在果实发育转变期表达量较绿果期明显上调;进一步的原位杂交结果显示它们在转变期果实的薄壁组织中富集,暗示这三个FvPL基因可能参与调控果实软化;之后通过亚细胞定位实验显示FvPL1和FvPL4蛋白定位于细胞膜中,而FvPL7蛋白定位于细胞膜和叶绿体中;最后,瞬时转化结果表明FvPL1、FvPL4和FvPL7超表达均可以加速细胞壁降解,使果实变软,反之,当分别对FvPL1、FvPL4和FvPL7进行RNA干涉时,可以提高果实硬度,细胞壁降解受抑制,细胞结构较为完整紧密。这些结果表明FvPL1、FvPL4和FvPL7基因可促进果实的成熟软化。2.3 Ca2+可抑制栽培草莓果实变软,为了检测Ca2+是否通过介导FvPL来抑制果实软化,以外源Ca2+处理森林草莓转变期果实。Ca2+处理4 d的果实中FvPL4、FvWRKY48和FvPG的表达显著下调,FvPL1、FvPL7和FvPME39的表达上调,但从FvPL1和FvPL7在未处理果实和Ca2+处理果实之间基因表达的变化幅度来看,同样呈现下降趋势。由此推测外源Ca2+主要通过直接抑制FvPL4、FvPG的表达,降低FvPL1和FvPL7在果实成熟期的表达上升幅度,从而提高森林草莓果实硬度。