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枇杷属(Eriobotrya Lindl.)为蔷薇科苹果亚科植物,包含多于26个种或变型,果实为仁果,只有普通枇杷(Eriobotrya japonica)作为果树进行栽培。不同利用状态下的普通枇杷果实重量在5 g至200 g范围呈多态性分布,但生产中缺少大果品种,不能满足市场需求。迄今为止,枇杷果实生长进程的关键转折点还不清楚,相关的细胞分子调控机制及果实驯化历程也均未见研究。这些研究缺陷制约人们对枇杷果实生长机制的理解,同时不利于育种工作和枇杷生产管理。本研究对不同发育阶段和成熟果实的细胞特征进行比较,旨在找出栽培枇杷果实大小和枇杷属果实大小演化的细胞学差异。同时进行同源基因功能分析、转录组测序筛选和基因组比较分析,筛选枇杷果实大小调控的关键因子。这些研究旨在初步解析枇杷果实生长的分子调控机制,为人工调控果实生长、不同果实类型品种选育提供参考数据,为优异野生枇杷的驯化改良提供理论依据。本研究主要结果如下:(1)观测‘早钟6号’枇杷果实整个发育期的生长特征与细胞发育特性。发现细胞分裂速度慢抑制坐果后果实细胞数量增长,阻碍枇杷果肉增厚与果实增大。建立了枇杷果实生长的细胞发育模式图:花后0、7、42和84天是果实生长过程中重要的细胞变化转折时间点。同源基因表达分析发现Ej CDKB2;2等可指示果实细胞分裂状态;Ej EXPA1和Ej EXPA15可指示果实细胞膨大强度。Ej FWLs表达与细胞分裂活性负相关;Ej WEE1和Ej KRP3参与诱导细胞分裂停止。(2)从果实中分离到两个fw2.2同源基因,Ej FWL1和Ej FWL2。它们在花托细胞分裂阶段的表达与细胞分裂指示基因表达负相关。过表达Ej FWL1抑制番茄子房细胞分裂、子房与成熟果个增大:过表达株系子房直径比野生型降低5.92-18.05%,子房细胞层数减少4.56-31.23%;果实直径降低8.04-19.05%,果实重量降低19.83-40.56%。比较大果型与小果型果实的这两基因的表达,发现它们的表达水平差异与表达时间差异共同影响细胞分裂。CPPU和套袋处理可提前这两个基因的表达时间,影响细胞分裂基因表达,并促进花托/花瓣的细胞分裂。Ej FWL1/2定位于质膜,Ej AGL2和Ej CKⅡβ定位在细胞核和质膜上;Ej FWL1/2与Ej AGL2和Ej CKⅡβ在质膜上互作。(3)比较两个果实大小极端差异株系(大果的ZP65和小果的ZP44)的倍性与果实细胞特征。发现二者均为二倍体,大果ZP65未发生多倍化;在细胞数量和细胞大小中,细胞大小的差异对这两种枇杷的果实生长影响更大。(4)不同发育阶段果实RNA-seq测序,组装获得37598个unigene,平均长度1213 bp。差异表达分析,找到17541个DEGs,聚类分析将这些它们分为30个cluster。其中富集在cluster 6、cluster 14、cluster 23和cluster 25中的基因参与“植物激素信号传导”、“油菜素内酯生物合成”、“植物昼夜节律”、“玉米素生物合成”等多个通路。(5)鉴定95个拟南芥或番茄器官大小调控同源基因。其中参与细胞分裂调控的AHP1、TCP14、ANT在ZP65果实早期的表达水平高于ZP44;细胞膨大调控基因S6K、CYP85A、CYP90A1、b HLH137、SAUR和IAA16等都在果实生长后期高表达,且在两株系样品间存在表达差异。暗示生长素信号转导、油菜素内酯生物合成与信号转导、生物大分子合成等通路以及TCP、b HLH等转录因子在枇杷果实大小差异形成中发挥作用。(6)从枇杷基因组中鉴定到80个DELLA、31个GID和161个生长素信号转导调控基因。表达谱分析发现8个GID和10个DELLA与果实大小相关,Eri037021.1等8个Aux/IAA、Eri022289.1等4个ARFs、Eri015123.1等11个SAUR基因在ZP44和ZP65同一时期样品中的表达有明显差异。说明赤霉素信号转导和生长素信号转导参与调控调控果实细胞生长。(7)分析9种枇杷属植物(台湾枇杷等5种野生枇杷、普通枇杷野生树1份以及大果的ZP65、小果的ZP44和它们的母本早钟6号)的果实大小与细胞特征的相关性,发现细胞大小对果实重量的影响比细胞数量更大。结果说明细胞越大预示果实越大,暗示在枇杷驯化过程中,拥有更多大细胞的大个果实受到持续选择。(8)对29份枇杷属植物材料进行全基因组重测序,将枇杷分为野生种(窄叶枇杷栎叶枇杷和大渡河枇杷等6份)与普通枇杷两个大支;普通枇杷可再分为野生材料(云南古树、普野和豆枇杷等9份)和栽培品种(早钟6号、大五星和茂木等14份)两小分支。找到119个潜在受选择位点,它们参与“植物-病原菌互作”、“生长素生物合成”、“碳水化合物生物合成”、“细胞胁迫响应”、“脱落酸响应”、“转录调控”、“生长素信号转导”、“光形态建成”、“细胞纤维素微纤丝组织”、“生长素极性运输”、“冷胁迫细胞响应”、“胞间信号转导”、“细胞周期调控”、“核糖体”合成等20多个生理生化过程。(9)以进化树为依据进行果实大小分组及关联分析。经“驯化选择位点”和“果重分组查找”共同筛选,获得14个相关基因。表达分析推测IAA16、IAA3、SAUR15A、UBP13、AAE18、MPK9、TMV和WAT1等同源基因与枇杷果实生长调控有关。(10)比较Eri036655.1、Eri036656.1、Eri015123.1基因与相关调控蛋白基因在野生枇杷和栽培枇杷中的表达情况。发现它们的基因变异与AUXIN信号通路的中下游基因的表达差异有关,基因变异使多数受调控基因在栽培枇杷的表达水平远高于野生枇杷。结果表明这3个基因影响生长素信号转导相关调控蛋白基因的表达,是枇杷果实细胞膨大和果实生长的重要调控因子。