自交不亲和性（self-incompatibility SI）是植物界广泛存在的一种植物遗传多样化机制,在蔷薇科中主要基于S-RNase机制。研究发现,‘鸭梨’的自交亲和性芽变品种‘金坠梨’的突变机制与花柱S-RNase,花粉SLF的突变都无关,其突变可能是来自花粉的非S因子的变异。然而花粉非S因子的变异至今仍然未有研究可以阐述清楚。本文通过转录组测序及蛋白组测序,筛选得到一个差异表达基因LRR-EXT,并通过试验验证了其作为花粉非S因子参与‘金坠梨’自交亲和反应,主要获得以下结果:1.筛选出以‘金坠梨’与‘鸭梨’花粉以及‘金坠梨’花柱自花授粉以及异花授粉之间的差异表达基因。以‘金坠梨’与‘鸭梨’的成熟未萌发花粉作为材料,识别了‘金坠梨’花粉中表达模式存在差异的基因。结果表明,与‘鸭梨’花粉转录组作比较,‘金坠梨’花粉转录组中存在3168个上调基因,3148个下调基因。更进一步筛选表明,其中15个CRPs（Cysteine-rich peptides）家族成员都呈现差异表达,除去Pbr014631.1（lipidtransfer）,其他成员在‘金坠梨’花粉中表达量均显著下调,推测这些基因的功能可能间接参与自交不亲和性过程中,作为一种非S因子以表达量下调的方式影响‘金坠梨’的自交亲和性,该结果首次表明CRPs参与调控自交亲和性。以‘金坠梨’花粉与‘鸭梨’花粉对‘金坠梨’花柱分别进行授粉,并分别采集了授粉后24小时,48小时,72小时的花柱作为供试材料,通过筛选其中差异表达的基因,分析亲和性反应与不亲和性反应中的差异。动态发育过程的自花授粉后花柱之间的转录组比较发现,37个热激蛋白存在差异表达,而发生不亲和性反应的花柱则只有8个差异表达的热激蛋白。通过比较亲和性反应的花柱与不亲和性反应的花柱,发现在授粉后24小时的花柱中,亲和性反应的花柱中存在45个上调表达的热激蛋白,并可以分类为三个亚家族。2.筛选出一部分‘金坠梨’与‘鸭梨’花粉的差异表达蛋白。以‘金坠梨’和‘鸭梨’的成熟花粉总蛋白作为材料,对两者差异表达蛋白进行了分析。总计得到41 8252个光谱,23192个多肽,6387个蛋白。结果表明,与‘金坠梨’蛋白组相比,在‘鸭梨’花粉蛋白组中,一共有140个上调的蛋白,125个下调蛋白。其中可能参与S-RNase转运的ABC转运家族成员（Pbr017310.2,Pbr026379.1）表达量在‘金坠梨’下调可能导致自交亲和性;Cullin-1-like isoform X1（Pbr011232.1）,Skp1（Pbr025966.1）可能参与形成SCF（Skp1-Cullin-F-box）复合体对S-RNase进行降解,其表达量在‘金坠梨’花粉中的上调可能导致花粉管降解S-RNase能力增强,从而导致自交亲和性。其他候选差异表达蛋白中,富含亮氨酸蛋白,热激蛋白,C-2 domian蛋白,阿拉伯半乳糖蛋白等潜在参与自交不亲和性反应的蛋白均有不同程度的差异表达。3.明确了植物CRPs与蔷薇科延伸蛋白的进化模式,扩张模式,以及表达模式。以基因组数据为基础,对候选基因进行生物信息学分析。我们在12个物种中一共鉴定了 9556个CRPs,并着重分析了其进化模式。在被子植物中,WGD（Whole Genome Duplication）是CRPs家族的主要扩张动力。CRPs基因的分布具有聚类成簇的方式,除去玉米（Zea mays）,不同物种中平均30%的CRPs在染色体聚类成簇。共线性分析揭示了 CRPs基因复制过程中在染色体上的同线性区域。不同的亚家族呈现了多样化的进化速率。不同复制方式的CRPs同样呈现了不同的进化速率,来自全基因组复制（Whole Genome Duplication,WGD）的CRPs进化速率显著高于来自单基因拷贝的CRPs。相对于负选择CRPs基因,1281个正选择CRPs基因在某一个特定时间段以爆发式的复制方式产生,并且大多数来自高粱（Sorghum bicolor）与玉米。10个CRPs在自交亲和性的花柱中表达量上调,并经过体外实验证明其在花粉中与梨自交不亲和性过程相关。表达量分化与CRPs基因复制的关系表明,不同复制机制下的CRPs具有不同的表达趋势与进化方向。4.在筛选影响‘金坠梨’与‘鸭梨’花粉及花柱的差异表达基因及蛋白过程中,我们发现了很多延伸蛋白（Extensins,EXTs）存在差异表达,因此,对蔷薇科五个物种,梨,苹果,草莓,桃,梅的EXTs基因家族进行了生物信息学分析。我们利用SPnmotif的结构对五个蔷薇科物种的蛋白组的数据库进行搜索,再利用SPADA对基因组中未注释基因搜索,总计获得515个序列,其中SPADA补充了大约10%的序列。EXTs基因的复制方式主要是WGD,并且很多EXTs基因由非EXTs基因复制而来,很多EXTs基因也复制成非EXTs基因。EXTs基因的进化模式分析表明,不同SPn motif结构的EXTs在进化速率上不存在差异,来自WGD的EXTs基因进化速率要快于来自单基因拷贝的EXTs基因,EXTs基因的爆发式复制在蔷薇科物种分化前即已完成。EXTs基因在花柱发育过程中参与表达的成员数目与表达量要多于花粉发育过程,EXTs的表达量分化与Ks有一定的关联,其关联性高于Ka。根据‘金坠梨’与‘鸭梨’的授粉后花柱的表达谱分析,我们还筛选出两个可能参与梨自交不亲和性的EXTs。5.明确了 LRR-EXT参与‘金坠梨’花粉亲和性变异的机理。LRR-EXT在梨花粉中特异表达,且在‘金坠梨’中的表达量高于‘鸭梨’,序列分析发现,在不同梨品系中,其存在序列多态性,以SPPPPVH为一个单位缺失或重复,并可能与S-RNase的多态性有关联,其中JZ-LRR-EXT比YL-LRR-EXT中少了 696个碱基,并且没有一个完整的SPPPPVH结构。通过原核体外表达LRR-EXT,我们使用‘金坠梨’与‘鸭梨’的LRR-EXT对S-RNase处理下的花粉管进行预处理,结果表明,JZ-LRR-EXT可以缓解S-RNase对‘鸭梨’花粉管的抑制,使其部分恢复正常生长。我们发现经过JZ-LRR-EXT预处理的‘鸭梨’花粉管,经过S-RNase处理后,其尖端ROS（Reactive Oxygen Species）的积累的抑制效果得到缓解。说明‘金坠梨’的LRR-EXT缺失了部分extensin结构后,能够缓解S-RNase对花粉管的生长抑制,并可能导致了‘金坠梨’自交亲和性。