外源GA_(3)对MdCoL基因及GA相关基因表达的影响

苹果的柱型结构具有生长紧凑、节间短的特点,这种树形非常适合进行高密度种植,对果园的生产及管理具有重要意义。为了进一步研究GA_(3)和苹果柱型性状之间的关系,利用外源GA_(3)对普通型苹果和柱型苹果的新梢、野生型烟草和转MdCoL基因烟草株系进行处理,通过qRT-PCR分析MdCoL基因表达量和GA生物合成及信号转导相关基因表达量的变化。结果表明:与普通型苹果相比,柱型苹果中GA合成相关基因MdGA2oxI相对表达量降低,而MdGA20oxI基因和DELLA蛋白相关基因MdRGL2表达量升高;外源GA_(3)处理柱型苹果后,与对照相比,MdCoL和MdGA2oxI基因下调表达,MdGA20oxI和MdRGL2基因上调表达。外源GA_(3)处理转MdCoL基因烟草后,发现烟草株高增加、节间变长、叶绿素含量降低。综上所述:GA_(3)是影响苹果柱型性状形成的一个重要原因。

苹果MdCPS基因的克隆、定位及其在柱型/普通型间的表达差异分析

为研究赤霉素合成途径关键酶基因,了解果树的矮化机理。以苹果品种富士当年生新梢的茎尖为试材,以苹果基因组数据库为依据,克隆了编码苹果CPS的基因Md CPS（Gen Ban K登录号：KC433942.1）。该基因g DNA序列含有15个外显子和14个内含子,其编码序列（Coding sequence,CDS）长度为2 400 bp,共编码799个氨基酸。在已发表的金冠苹果基因组中,与该基因相对应的转录本是MDP0000147908,它的定位区间为chr11：32433834-32439214。同源性分析表明,Md CPS与其他植物的CPS间有较高的相似性（49%-67%）。以杂交组合富士（普通型）×舞姿（柱型）的亲本品种及F1后代当年生新梢的茎尖组织为试材,实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析表明,尽管该基因在柱型亲本中的表达水平显著低于普通型亲本,但在其后代的柱型与普通型群体间差异并不明显。同时,在柱型杂种及其普通型突变体间的分析结果也表明,Md CPS的表达水平与柱型性状没有明显的相关性。可见,柱型苹果茎尖组织中活性赤霉素含量偏低受其合成早期步骤关键酶基因Md CPS的影响不大。

柱状苹果Co基因的筛选与候选基因分析

【目的】柱状苹果是一种特殊的矮生突变类型,其节间短、短枝多、侧生分枝少、主干粗壮直立,是苹果实行矮化密植栽培的重要资源。本研究在前期Co精细定位的基础上,对定位区间的基因进行筛选,为阐明柱状苹果形成的分子机制和选育柱状苹果新品种奠定基础。【方法】以柱状苹果‘舞佳’和‘润太一号’,普通型苹果‘富士’和‘华硕’的芽、茎尖和叶片为试材,根据最新的苹果基因组以及与柱状相关的转录组信息,对Co精细定位区间27.66-29.05 Mb的基因进行注释分类,选择目标基因,查找其CDS序列,使用RT-PCR技术检测引物特异性,利用实时荧光定量PCR分析预测基因在不同组织器官中的表达特征,筛选出差异基因并将其作为候选基因。【结果】在苹果第10号染色体27.66-29.05 Mb区域内包含67个基因,其中12个为非编码RNA(ncRNA),其余为编码蛋白质的基因。根据RNA-seq分析,柱状和普通型苹果基因相对表达差异倍数在1倍以上的有25个基因,其中13个基因在柱状苹果中上调表达,12个基因在柱状苹果中下调表达。在预测的14个基因中,发现4个基因MD10G1184100、MD10G1185400、MD10G1185600和MD10G1190500在柱状和普通型苹果的主枝茎尖或侧枝茎尖中相对表达存在显著差异。其中,MD10G1184100和MD10G1185600在两个柱状苹果主枝茎尖中的相对表达量均显著高于两个普通型苹果。MD10G1185400和MD10G1190500在两个柱状苹果侧枝茎尖的表达量显著高于两个普通型苹果,而MD10G1184100在两个柱状苹果中的表达量显著低于普通型苹果。进一步对这4个候选基因进行不同组织或器官的基因表达特征进行分析,发现基因MD10G1184100在柱状苹果根部的表达显著高于其他部位,MD10G1185400和MD10G1185600在柱状苹果的侧枝茎尖中显著高表达,而MD10G1190500在柱状苹果的顶芽中显著高表达。【结论】在柱状和普通型苹果茎尖中筛选到4个表达显著差异的基因,可作为Co候选基因,为该基因的克隆和功能验证及苹果树树型定向遗传改良奠定了基础。

脱落酸对苹果柱型基因MdCoL表达的影响

树型结构对果树整形修剪和果园管理至关重要,柱型苹果(columnar apple)是进行苹果省力化育种的重要种质资源。脱落酸(abscisic acid,ABA)作为一种负调控植物生长的植物激素被认为是研究苹果柱型性状的关键点。为进一步分析柱型性状和ABA之间的关系,本试验利用外源ABA及其生物合成抑制剂氟啶酮(fluridone)处理柱型和普通型苹果,通过qRT-PCR分析苹果中柱型性状调控基因MdCoL与ABA生物合成及信号转导相关基因表达水平的变化,并比较分析外源ABA处理对普通型和转MdCoL本生烟株系表型变化及ABA生物合成和信号转导相关基因表达情况的影响。结果显示,外源ABA处理不仅可以促进苹果中MdCoL的表达,还可以促进ABA生物合成和信号转导相关基因的表达。氟啶酮可抑制苹果中MdCoL的表达,还可以通过下调ABA生物合成相关基因和上调ABA信号转导的负调控因子MdWRKY来影响ABA的信号转导。转MdCoL可以促进本生烟中ABA生物合成和信号转导相关基因的表达;外源ABA处理可显著改变野生型本生烟的表型,使之呈现出类似转基因烟草的短分枝现象。综上所述,外源ABA处理可促进MdCoL的表达,调控苹果柱型性状形成。