安徽省特色名优果树‘砀山酥梨’是我国目前栽培面积最大的二倍体梨品种,但因果实中大直径石细胞团含量高的固有缺陷,对其质地品质及风味均造成显著的负面影响。此外,石细胞团大、含量较多也是一些秋子梨和砂梨品种的“共性问题”。因此,降低梨果实石细胞团大小及含量是我国梨产业中亟待解决的问题。研究梨石细胞团发育及木质化的分子机理,将为调控梨石细胞团形成、提高梨品质提供理论基础和技术方法。本研究以‘砀山酥梨’及其低石细胞含量芽变品种‘良梨早酥’为材料,利用组织化学染色及超显微观察,分析两个梨品种间石细胞发育及木质化的差异;通过全基因组重测序及前期转录组测序挖掘序列变异及转录差异显著的基因,并结合生物信息学筛选梨石细胞团发育及木质化相关候选基因。对获得的肉桂醇脱氢酶（CAD）基因家族、LIM转录因子家族及Dirigent（DIR）家族关键候选成员进行功能解析,以期进一步揭示PbCAD、PbLIM及PbDIR在梨石细胞团发育及木质化中的功能及作用机制,探讨梨石细胞形成机理。主要研究结果如下:1、利用Wiesner染色发现,‘砀山酥梨’不同发育时期果实中的石细胞团分布范围及密度均高于‘良梨早酥’。透射电子显微镜观察显示,‘砀山酥梨’成熟石细胞中木质素与纤维素微纤丝分层现象比‘良梨早酥’明显。此外,梨石细胞形成过程中形成大量囊泡结构,推测为自噬泡和运输小泡,由此认为梨石细胞发育可能是一个协同木质化的过程。2、基于‘砀山酥梨’和‘良梨早酥’果实不同发育时期转录组测序以及生物信息学分析,系统研究了 16个木质素代谢关键基因家族成员在不同果实发育时期的表达谱。与梨果实石细胞、木质素含量综合分析表明,参与梨果实石细胞发育过程中木质素合成及转运沉积的基因共有43个,此外还有MYB、NAC、LIM等转录因子参与调控。这些基因的差异表达可能是导致两个梨品种石细胞团大小及含量不同的原因之一。3、全基因组重测序表明,‘砀山酥梨’和‘良梨早酥’之间CDS发生非同义突变及移码突变的基因涉及苯丙烷类生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导等生物学过程。此外,两个梨品种基因组之间,木质素单体合成关键基因（PbPAL、PbC4H、PbF5H、PbCAD等）以及转运聚合相关基因（PbUGT和PbPRX等）的编码区与非编码区均发现SNP、Indel或SV突变。这些变异可能造成了木质素代谢相关基因转录水平差异及催化功能的改变,从而导致两个梨品种石细胞发育差异。4、PbCAD2主要在梨果实中具有较高的转录水平,而PbCAD3主要在芽中表达。PbCAD2及PbCAD3过表达拟南芥花序茎中木质素含量、次生细胞壁厚度及木质化程度均高于WT,松柏醛/松柏醇含量比值、芥子醛/芥子醇含量比值均低于WT。由此表明PbCAD2和PbCAD3具有促进木质素合成和次生壁发育的功能。PbCAD2和PbCAD3启动子在烟草叶片中的启动活性并无明显差异。pPbCAD2和pPbCAD3可以启动GUS在拟南芥幼苗不同部位组成型表达。随着发育的逐步进行,pPbCAD2和pPbCAD3主要启动GUS在拟南芥木质部、叶脉及根维管束中特异性表达,同时在角果、花器官中也有活性。5、从梨、葡萄、草莓、桃和梅基因组中分别鉴定出14、14、9、12和12个LIM家族成员。时空表达模式分析显示WLIM1和WLIM2亚类的PbLIM在梨树不同组织中组成型表达,而δLIM2亚族（PLIM2和PLIM2-like亚类）中的PbLIM主要在梨花中表达。此外,14个PbLIM的转录受到SA、ABA和MeJA的调控。转录组测序表明,Pb WLIM1a和Pb WLIM1b在梨果实中有较高转录水平,且在‘砀山酥梨’和‘良梨早酥’55 DAF果实中表达差异显著。结合系统发育树聚类、蛋白质三级结构、序列比对及表达分析结果,推测PbWLIM1a和PbWLIM1b在梨果实木质素生物合成及石细胞团发育过程中起关键作用。6、EMSA实验表明,PbWLIM1a和PbWLIM1b均可识别保守PAL-box并与之互作。PbWLIM1a可以与PbCAD2及PbCAD3启动子中PAL-box相结合,PbWLIM1b则主要与PbCAD2启动子中PAL-box结合。由此表明PbWLIM1a和PbWLIM1b可以通过与PAL-box结合来调控PbCAD2及PbCAD3转录。亚细胞定位分析表明PbWLIM1a和PbWLIM1b在烟草中定位于叶绿体。在拟南芥中过表达PbWLIM1a或PbWLIM1b可使得木质素合成、转运聚合相关基因的表达水平有不同程度的提高。7、从梨、桃、梅和葡萄基因组中分别鉴定出35、29、26和14个DIR。其中35个PbDIR可分为4个亚族（DIR-a、-b/d、-e和-g）且无规律地分布在10条染色体上。时空表达模式结果表明,7个PbDIR（DIR-a亚族:PbDIR4和PbDIR5;DIR-b/d亚族:PbDIR11;DIR-g 亚族:PbDIR19;DIR-e亚族:PbDIR23、PbDIR25、PbDIR26）转录水平与梨果实木质素及石细胞含量变化趋势相一致。另外,这7个PbDIR的表达受到外源ABA、SA和MeJA的显著影响。体外偶合实验初步证明PbDIR4可指导松柏醇聚合形成（+）-松脂醇。综合蛋白质三级结构比对、关键氨基酸残基分析、表达模式及体外偶合实验,认为PbDIR4可能参与梨果实石细胞发育过程中木质素单体的聚合。