【摘 要】
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中国苹果栽培面积和产量均居世界第一,占世界栽培面积和产量的50%以上,其为中国地区的经济发展和果农的收入做出重大贡献。然而占栽培面积75%以上的富士系品种在生长发育的过程中容易受到环境生物和非生物胁迫等（水泥粉尘沉积）的影响,导致其成花难、大小年结果等现实生产问题,严重影响了苹果产业高质量发展。另外,研究发现植物激素水杨酸（SA）在植物成花诱导与花芽形成中具有重要调控作用。本研究基于苹果生产中存在
【基金项目】
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China Scholarship Council；
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中国苹果栽培面积和产量均居世界第一,占世界栽培面积和产量的50%以上,其为中国地区的经济发展和果农的收入做出重大贡献。然而占栽培面积75%以上的富士系品种在生长发育的过程中容易受到环境生物和非生物胁迫等（水泥粉尘沉积）的影响,导致其成花难、大小年结果等现实生产问题,严重影响了苹果产业高质量发展。另外,研究发现植物激素水杨酸（SA）在植物成花诱导与花芽形成中具有重要调控作用。本研究基于苹果生产中存在成花难等现实生产问题,研究水泥粉尘沉积等非生物因素和水杨酸等生物因素对苹果叶片、芽及成花的影响,揭示水杨酸调控苹果成花诱导的形态和生理机制,并结合SA处理短枝顶芽RNA-seq数据,明确SA调控苹果短枝顶芽生长发育及成花的调控网络;基于此,筛选获得响应SA且参与苹果成花调控的关键候选Md MED基因家族成员Md MED81,通过异源过表达拟南芥,明确其在苹果成花中的功能,以上研究成果对于丰富木本果树成花理论、研发富士苹果轻简化促花系列技术均具有重要的理论与现实意义。1.水泥粉尘沉积和水杨酸处理对苹果树叶片质量的影响本研究以‘长富2号’苹果为材料,通过长期水泥粉尘沉积和水杨酸处理苹果树体,明确两者对苹果叶片、短枝顶芽及成花影响。结果表明:长期的水泥粉尘沉积显著影响了苹果叶片和短枝顶芽的生长发育和叶片质量。水泥粉尘沉积处理叶片和短枝顶芽的鲜重、长度和宽度显著下降;且叶片和芽的解剖分析结果表明,水泥粉尘沉积处理叶和芽的细胞面积显著减少、叶片厚度显著减少;另外,水泥粉尘沉积处理叶片的氧化应激和抗氧化酶活性水平显着增加,但其抗坏血酸、可溶性糖、游离氨基酸和色素水平下降。综上,表明水泥粉尘是一种有害污染物,可诱导苹果非生物胁迫反应,并对苹果叶片和短枝顶芽的质量和健康具有显著的不利影响。与之相反,水杨酸处理可以显著促进苹果叶片生长发育和提高叶片质量,增强其对环境逆境的胁迫响应。例如,水杨酸处理显著增加苹果叶片的面积、长和宽;SA处理苹果叶片非酶抗氧化剂增加,而酶抗氧化剂显著下降,说明其增强了叶片的抗逆性,改善叶片质量和健康状况。另外,SA处理对于苹果短枝顶芽的质量和发育具有显著的促进作用,且叶片中Md MED80、-81、-3和-41基因的表达水平在水杨酸诱导下显著增加,这可能与SA介导光周期途径参与苹果成花诱导调控密切相关。2.水杨酸对苹果成花的影响及SA处理短枝顶芽成花诱导阶段的转录组分析本研究以难成花品种‘长富2号’为材料,研究水杨酸处理对苹果成花的影响及SA处理短枝顶芽成花诱导阶段的转录组分析,旨在明确SA调控苹果成花的效应,探究SA调控苹果花芽形成的关键途径与分子网络。结果表明:水杨酸处理显著增加了‘长富2号’品种的成花率,且短枝顶芽质量、长和宽显著大于对照处理（喷施清水）;另外,通过高效液相色谱（HPLC）分析表明,SA处理显著提高了短枝顶芽内源SA和IAA含量,但是显著下调了赤霉素水平（GA3和GA4）;结合SA处理短枝顶芽RNA-seq数据,发现SA促进苹果成花可能主要涉及IAA和赤霉素途径,例如,水杨酸处理上调生长素合成关键基因的表达（如Md ASA1和Md CYP79B3）,进而促进短枝顶芽IAA和合成;但显著下调短枝顶芽赤霉素含量,主要通过下调Md GA3（赤霉素合成关键酶基因）和上调Md GA2OX1,-2,-8（赤霉素氧化降解关键酶基因）而实现。由此可知,苹果成花诱导阶段短枝顶芽较高IAA和低的赤霉素含量,对于花芽形成至关重要。此外,SA处理短枝顶芽成花途径基因,如Md MADS-box（如Md SOC1,Md FUL,Md AGL42,Md AGL42）和Md SPLs显著增加与其促进苹果花芽的形成直接相关。3.苹果关键候选Md MED81基因介导水杨酸在成花中的功能解析本研究在前期水杨酸处理对苹果成花效应评价及短枝顶芽RNA-seq数据解析的基础上,初步发现苹果Md MED家族成员可能介导水杨酸参与苹果成花调控过程。基于此,首先确定了苹果中Md MED共有83个成员,通过生物信息学对其家族基因基因结构、蛋白质特征、每个成员在染色体上的位置、系统发育结构分析等进行了系统分析。结果表明,Md MED基因家族的成员根据系统发育关系分为六个亚组;而候选关键成员Md MED81属于Md MED亚组-D基因,组织特异性分析发现,本亚组成员在根、茎、叶和短枝顶芽中均有表达,且在成花诱导阶短枝顶芽中的表达受到外源水杨酸的诱导,其中,候选关键成员Md MED81受水杨酸诱导较为显著。另外,通过亚细胞定位分析发现,Md MED81基因主要定位在细胞核;通过获得过表达拟南芥OE-Md MED81转基因株系,发现较之野生型,三个株系均具有显著的早花和多花表型,由此可知,关键候选苹果Md MED81响应水杨酸在成花调控中具有重要功能。此外,发现苹果叶片中的Md MED81的表达水平与日照时长呈显著相关,表明苹果Md MED81可能响应水杨酸通过光周期途径调控花芽形成。
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