两个串联NAC基因控制桃果实成熟期的分子机理研究

Fruit maturity date is an important economic trait in fruit trees. However, little is known about the molecular mechanisms of fruit maturity date in fruit trees. In peach, fruit maturity date is a quantitative trait, but it is mainly controlled by the MD (Maturity Date) locus on linkage group 4. We have identified two closely clustered genes on the MD locus, designated PpNAC1 and PpNAC5, which are candidates responsible for fruit maturity date in peach. In this project, our main objective is to further conduct functional analysis for the NAC cluster to uncover the mechanism underlying fruit maturity date in peach. Firstly, we will analyze the correlation between the haplotypes of the NAC cluster and fruit maturity dates and identify the core variation sequences of PpNAC1 and PpNAC5. Secondly, heterologous expression of the two NAC genes will be conducted to unravel their functions related to fruit maturity date. Finally, protein interaction and transcriptional regulation analysis will be performed to unravel interaction partners and target genes of the two NAC genes, and the regulatory network of the NAC genes responsible for fruit maturity date will be constructed. This project not only has a theoretical significance in expanding our knowledge of regulatory mechanism of fruit maturity date, but will also provide molecular tools that are useful for genetic improvement of fruit maturity date in peach.

果实成熟期是果树一个重要的经济性状，但目前对其分子调控机理知之甚少。桃果实成熟期是一个数量性状，但第4号连锁群MD（Maturity Date）位点存在一个主效基因。本项目拟在前期发现MD位点两个串联的NAC候选基因（PpNAC1和PpNAC5）的基础上，进一步分析它们调控果实成熟期的分子机理。首先，分析NAC基因簇不同单倍体型与果实成熟期之间的相关性，发掘NAC基因核心变异序列；其次，通过PpNAC1和PpNAC5在模式植物番茄中异位表达研究，确定它们对果实成熟期性状的调控功能；最后，通过蛋白互作和转录调控研究，发掘PpNAC1和PpNAC5的互作蛋白及下游靶基因，构建NAC基因控制果实成熟期的调控网络。本项目的开展既能解析NAC基因调控果实成熟期的分子机理，又可获得与桃果实成熟期性状紧密连锁的分子标记用于桃成熟期的分子改良，具有重要的理论意义和应用价值。

果实成熟期是果树一个重要的经济性状，但人们对其分子调控机理了解甚少。为此，本项目选用桃作为研究对象开展果实发育与成熟的分子调控机理研究，发掘控制果实成熟的关键基因及调控网络。本项目研究共有如下研究成果。.首先研究了NAC1-NAC5串联基因座与果实成熟期的关系，通过比较转录组学和基因座变异分析，确定了NAC1是决定桃熟期的重要基因，并发掘其下游调控靶基因，初步构建了果实成熟调控网络；其次揭示血桃性状与果实早熟性状之间的关联性，提出了NAC基因BL同时具备一因多效的特点，即既能激活MYB10.1从而促进花青苷的大量积累，又能激活乙烯合成基因PpACS1从而促进果实成熟缩短熟期的功能；进一步的，为发掘参与果实成熟过程的其它调控因子，我们分析了EIL以及ERF基因家族，发掘了PpEIL2、PpEIL3、PpERF.E2、以及PpERF.F2等参与乙烯合成调控的转录因子，进一步丰富了果实发育成熟调控网络；最后我们研究了果实成熟的重要标志性状—色泽在果实发育过程中的调控规律，在PpNAC1/BL-PpMYB10.1-PpUFGT调控链条的基础上解析了MYB18参与抑制果实成熟过程中花青苷积累的机制，将负反馈环调节模型引入果实发育成熟调控网络中。.本项目围绕果实成熟调控机制这一科学问题，发掘了NAC基因座多态性，并分析它们与果实成熟期之间的相关性；同时筛选调控果实成熟性状的多个转录因子，构建果实发育成熟分子调控网络，具有理论创新价值。项目研究还获得控制果实成熟期的关键基因及分子标记，用于桃果实成熟期分子改良育种，加速早熟和晚熟桃品种的培育，因而又具有重要的应用价值。.