生长素介导的梨砧木致矮机理研究

Pear is an important fruit tree species in China. Dwarf and dense cultivation has many advantages, such as early harvest, great yield, excellent quality, easy management, high mechanization, etc, which is an inevitable trend in the pear cultivation production. So breeding the rootstocks with dwarfing effect is always the focus of scientific research in the worldwide. But the unclear dwarfing mechanism is the main bottleneck which restricts the dwarf rootstock breeding at present. Auxin is widely considered having the most direct and closest relation with plant size. And the content and transport of auxin are important direction in the study of the dwarfing rootstocks. We got a series of rootstocks with different dwarfing effects through resource collection worldwide and the traditional crossbreeding techniques. We also found that the IAA content in the bark of the grafting combination with dwarfing rootstocks is much higher than that with common rootstocks. In our research, we isolate the auxin transporters gene PIN1. And combined with the technologies of transgenic tunction annotation, micro grafting, RNA-seq and metabolic spectrum analysis, our goal is to analyze the dwarfing mechanism of pear rootstocks in the aspects of auxin transport, and provide new gene and theoretical guidance for breeding new dwarfing pear rootstocks.

梨是我国重要的果树种类。矮化密植栽培具有结果早、产量高、品质优、便于管理、机械化生产程度高等特点，是梨树栽培生产的必然趋势。世界梨生产国都把选育适宜的梨矮化砧作为科学研究的热点。而目前限制矮化砧木选育的主要瓶颈是致矮机理的不清晰。生长素被普遍认为和植物个体大小有着最为直接和密切的关系，其含量及运输也成为砧木致矮研究中的重要方向。本课题组前期通过国内外资源收集与传统杂交育种，得到一批致矮程度不同的梨属砧木。通过研究发现，不同矮化类型砧木嫁接组合中砧木及接穗茎皮内IAA含量明显低于乔化砧木嫁接组合。本研究拟从生长素转运蛋白PIN1入手，结合转基因功能验证，微嫁接，RNA-seq及代谢谱分析等技术，以期从生长素运输方面解析梨矮化砧木的致矮机理，为梨矮化砧木的培育提供基因储备和理论指导。

矮化密植栽培具有结果早、产量高、品质优、便于管理、机械化生产程度高等特点，是梨树栽培生产的必然趋势。而目前限制矮化砧木选育的主要瓶颈是致矮机理不清晰。本课题组通过代谢组学和激素含量测定分析发现，梨树砧木致矮能力可能与类黄酮代谢及生长素转运相关。为进一步明确生长素极性运输与砧木致矮的相关性，我们分离了15个梨生长素输出蛋白PIN成员并进行蛋白、基因及其启动子结构分析，通过qPCR明确PIN家族成员在乔化和矮化砧木之间的表达差异；筛选在乔化和矮化砧木茎中差异表达的候选基因PIN1-5，并利用过表达和RNAi技术进行异源和同源功能验证，发现PIN1-5的过量表达可以改变植株地上部分的生长量，主要表现在植株高度的降低，同时显著影响根系生长，主要表现在不定根/侧根数量的增加；对转基因植株进行生长素转运抑制剂处理，发现随着处理浓度的提高，对照植株生长势明显受到抑制，而PIN1-5过量表达植株的生长并未受到明显影响；对对照和转基因秋子梨植株进行生长素含量分析，发现转基因植株茎尖中生长素含量显著低于WT植株，但茎和根中生长素含量无差异；同时，在转基因植株的茎尖、茎以及根中，均存在不同程度的生长素转运以及生长素响应基因的表达变化；通过微嫁接，发现转基因砧木对接穗生长势有显著影响，包括叶片增大，叶绿素含量增加等。这些结果表明PIN1-5基因过表达植株生长素转运能力显著增加，且PIN1-5在砧木影响接穗生长势方面起着一定的作用，但具体的调控机制可能还需要进一步深入的研究。目前已授权发明专利1项，发表相关论文6篇，培养研究生6名。