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攸县油茶(Camellia yuhsienen H.H.Hu)属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia.L)植物,是我国特有的木本油料树种。攸县油茶的花期普遍为每年春季3月份,能有效避开我国南方秋冬季节的低温多雨、霜冻天气对油茶传粉受精的影响;传粉受精与油茶坐果息息相关,影响着油茶的果实产量。解析不同花期类型油茶花发育进程及生理调控机制成为提高其产量的关键问题之一,本研究以攸县油茶特异种质‘秋花1号’(11月底进入初花期)与‘春花3号’(翌年3月初进入初花期)作为试验材料,从形态学、细胞学、生理生化、转录组学四个方面,比较两种花期类型攸县油茶的花发育进程、内源激素与营养物质的含量变化,并筛选相关信号通路及关键基因。旨在为油茶花期调控提供科学依据。主要研究结果如下:1.不同花期类型攸县油茶花发育进程及内部显微结构无显著差异。结合形态学与细胞学分析发现,‘秋花1号’与‘春花3号’的花发育过程进度接近,二者均于5月中下旬启动花芽形态分化,8月中下旬完成,后进入大小孢子体分化、雌雄配子体分化阶段,最终于11月下旬完成花发育过程。且花发育过程中二者内部显微结构并无差异,推测可能是内源的生理或者分子机制不同导致二者花期存在较大差异。2.GA3、IAA、CTK促进攸县油茶花芽形态分化,CTK引起‘秋花1号’与‘春花3号’花期差异。在花芽形态分化阶段,‘秋花1号’与‘春花3号’花芽中GA3、IAA、CTK含量均显著上调,表明此三种激素与二者的花芽形态分化呈正相关性。在雌雄配子体分化阶段,‘秋花1号’与‘春花3号’中GA3、ABA、CTK、BR含量均显著下调,预示着其可能与配子体发育呈现负相关性。在雌雄配子体分化阶段后期(S9),‘秋花1号’花芽中CTK含量显著高于‘春花3号’,是‘春花3号’的193.11%。在‘秋花1号’开花时,两者花芽内的CTK含量存在显著性差异,推测CTK可能与二者花期差异有关。3.糖类物质的积累有利于攸县油茶花发育。在花发育进程中,‘秋花1号’与‘春花3号’花芽中可溶性糖、蔗糖、淀粉含量均呈现显著上调趋势。‘秋花1号’花芽可溶性糖的积累主要集中于大小孢子体、雌雄配子体分化阶段,‘春花3号’则主要集中于花芽形态分化阶段;‘秋花1号’与‘春花3号’花芽中淀粉的积累集中于大小孢子体分化阶段至雌雄配子体分化阶段,其淀粉含量是形态分化时期的两倍;表明糖类物质的积累是攸县油茶花发育的物质保障。4.玉米素合成及信号转导为导致‘秋花1号,与‘春花3号’的花期差异的关键通路。在‘秋花1号’与‘春花3号’的五个发育时期的比较组中共筛选到13 456 个差异表达基因(differentially expressed gene,DEGs)。在开花前,QS9vs CS9的差异表达基因数量最多(5618个),其中上调基因数量为2898,下调为2720,在五个比较组中均达到最大值,预示S9时期(雌雄配子体分化阶段后期)是‘秋花1号’与‘春花3号’生理生化代谢活动差异较大的关键时期。通过对13 456 个差异表达基因进行 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)生物通路富集,结果表明:以上差异表达基因显著富集于类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成、植物激素信号转导、MAPK信号通路-植物、淀粉与蔗糖代谢、玉米素生物合成等通路。结合‘秋花1号’与‘春花3号’花芽内源激素的测定结果,推测玉米素合成及信号转导途径是影响‘秋花1号’与‘春花3号’花期差异的关键通路。5.低水平内源细胞分裂素可能引起‘秋花1号’与‘春花3号’花期差异。在玉米素合成与信号转导途径,共筛选到46个差异表达基因,其中,S9(雌雄配子体分化阶段后期)、S10(‘秋花1号’开花)时期的差异表达基因数量占总差异表达基因的63.04%,这些差异表达基因主要包括7-脱氧核苷葡萄糖基转移酶基因(UUGT,7-deoxyloganetin glucosyltransferase)、UDP-糖基酶转移基因(UUGT,UDP-glycosyltransferase)、玉米素 O-葡萄糖基转移酶基因(ZOG,Zeatin O-glucosyltransferase)、细胞分裂素脱氢酶基因(CKX,cytokinindehydrogenase)、组氨酸激酶基因(AHK,histidine kinase)、含组氨酸磷酸转移蛋白基因(AHP,histidine-containing phosphotransfer protein)、双 组分响 应调节 剂基因(ARR&BRR,two-component response regulator)等。根据以上差异表达基因在花发育过程中的表达模式分析,发现‘秋花1号’中CKX6、UTG85A24-1、UGT85A24-2表达量在S9时显著上调,于S10时差异达到最大,可能是导致‘秋花1号’中细胞分裂素水平降低的主要原因。结合前人的研究结果,推测低水平的内源细胞分裂素可能是引起二者花期差异的主要原因。本文研究结果表明,花发育进程并非引起‘秋花1号’与‘春花3号’花期差异的原因,CTK水平可能是引起二者花期差异的关键点。