梨属配子体自交不亲和植物,在栽培过程中需要进行人工授粉,或设置一定数量的授粉树或授粉枝,从而保证产量。果树花期遇到霜冻、低温、春季降雨增加等极端天气后,会影响授粉效果和花粉活力,从而受精不良导致果实产量下降。通过外源施用赤霉素、生长素、细胞分裂素类植物生长调节剂人工诱导单性结实,可以降低损失,提高座果率。研究坐果过程中的分子机理对单性结实诱导剂的开发,以及单性结实分子育种具有重要意义。本研究以我国南方地区广为栽培的’翠冠’梨为试验材料,在本课题组前期研究的基础上,验证了赤霉素诱导单性结实的效果,测定了不同处理后果实发育早期的激素含量变化,并进行了细胞学观察,进一步选取不同发育时期的小果材料进行了转录组分析,从代谢和转录水平探究单性结实的分子机理。主要结果如下:1.在盛花期喷施GA3、GA4+7及GA4+7+NAA均能诱导’翠冠’梨单性结实,而乙烯抑制剂1-MCP、PZA及ATA均不能成功诱导’翠冠’梨单性结实。GA3或GA4+7+NAA处理与单独GA4+7处理相比,在一定程度上能够降低果形指数和果形偏斜度,提高果实外观品质;提高果实可食用率、可溶性固形物及可溶性糖含量,降低果实有机酸含量,提高果实内在品质。2.赤霉素诱导的’翠冠’单性结实小果中赤霉素、生长素含量增加,而脱落酸、乙烯合成受到抑制。此外,赤霉素诱导的单性结实小果单果重、横纵径、细胞直径和细胞层数显著高于清水处理小果。说明赤霉素处理可以通过调节赤霉素、生长素、脱落酸和乙烯的动态平衡,维持子房内细胞的分裂和膨大,从而在未授粉的情况下也能坐果。3.根据表型差异,选取赤霉素处理后及对照清水处理后0d,1d,3d,5d,7d,14d样品(各处理各时期3个生物学重复),共构建33个cDNA文库用于转录组测序。最终得到219.8Gb数据,约70%的reads可以比对到参考基因组序列上,共检测到38,788个基因,预测了 4,378个新基因。共筛选出14284个差异表达基因,其中包括1040个差异表达转录因子编码基因。鉴定了该过程中差异表达的植物激素代谢、运输、信号转导相关基因以及核心细胞周期、扩展蛋白基因家族基因,它们和相关表型具有类似的变化趋势。说明赤霉素可以通过调控不同植物激素代谢、极性运输、信号转导过程以及细胞分裂、细胞膨大过程来调控坐果。根据差异表达基因在不同阶段的表达模式,经过聚类参数min.std>0.1,member.ship>0.5筛选后,将9933个差异表达基因分为了 5组。KEGG富集分析结果显示光合作用、植物激素信号转导、碳水化合物代谢、次级代谢产物生物合成等多种途径功能基因参与了单性结实过程。4.利用聚类分析结合加权基因共表达网络分析,筛选出2791个赤霉素诱导单性结实的候选正调控基因。对其中一些候选基因进行了功能验证,阐释了可能的单性结实转录调控网络:赤霉素可能通过调控其他植物激素比如乙烯、生长素等的代谢和信号转导过程,通过结合转录因子如MADS-box等,激活或抑制下游结构基因的表达,从而诱导单性结实。