木质素合成代谢在黄金梨果顶硬化中的效应及调控研究

The hard-ending occuring in 'Whangkeumbae' pear in recent years has limited the fruit appearance quality and editable quality seriously. 'Whangkeumbae' pear fruit of hard-ending with heavier symptom in the fruit top, showed obviously phenomenon of lignin accumulation. In order to verify the effect of lignin anabolism in 'Whangkeumbae' pear hard-ending and its regulation mechanism ,'Whangkeumbae' pear with hard-ending and no hard-ending symptom fruit will be used as the material in this study, combined with the preharvest treatments of boric and calcium solution spraying and postharvest treatments of 1-MCP treatment and calcium solution soak.The relation of lignin formation and the fruit hard-ending dynamics development will be analyzed, and the expression and regulation pattern of genes encoding PAL、4CL、CCR、CAD and POD involved in lignin metabolism will be carried out and the relation of genes expression pattern with fruit hard-ending will be determined.The key genes will be identified and the function of it will be verified by transformed into the tomato. This study will provide the theory basis for clarifying the mechanism of 'Whangkeumbae' pear hard-ending.

近年来黄金梨发生的果顶硬化现象严重限制了其外观品质和食用品质。出现果顶硬化的黄金梨，其果实在靠近果顶部发病重，病果顶部与正常果相比出现明显的木质素积累现象。为了探明木质素代谢在黄金梨果顶硬化中的效应及调控，本研究拟采取黄金梨果实的正常果和硬化症果为材料，结合采前（硼、钙溶液的喷施）和采后（1-MCP处理和钙液浸泡）措施进行调控，分析黄金梨木质素形成过程与黄金梨果顶硬化动态过程的关系，并进行木质素合成代谢途径的基因(PAL、4CL、CCR、CAD和POD)表达调控分析，开展黄金梨木质素代谢相关基因的表达模式与果顶硬化关系的研究，确定果顶硬化的关键基因，并进一步进行番茄转基因功能验证，从而为阐明黄金梨果肉硬化症的发生机理提供理论依据。

近年来在黄金梨果实上出现一种果肉硬化症状的生理性病害，部分产区果实受害率达90%左右，严重影响了梨的品质，给梨树产业带来惨重的损失。本研究以黄金梨果实（正常果和硬化症果）为材料，对黄金梨木质素形成过程与黄金梨果顶硬化动态过程的关系进行了分析，研究了黄金梨木质素代谢相关基因的表达模式及其与果顶硬化的关系，鉴定黄金梨果肉硬化的木质素代谢关键基因，采用转化烟草和番茄，进行了基因的功能验证。. 果顶硬化症果实发病部位主要集中于果顶部，呈锥状突出，病部果皮颜色为浅绿色或铜锈色，其角质层和木栓层明显变厚，病果木质化细胞体积大且数目多，其果皮呈经木质素染色后呈红褐色，另外，贮藏期间病果的硬度明显高于正常果实。发育阶段的正常果实和果顶硬化果实中木质素含量均呈现先升高后下降的趋势，4CL和CAD的活性与木质素含量变化趋势一致；贮藏期间，正常果实中木质素含量和PAL、4CL、CAD、POD的活性均呈现逐渐下降的趋势，果顶硬化症果实的变化趋势与之相反；此外，果顶硬化果实中木质素含量和酶活性在发育阶段和贮藏阶段均高于正常果实，而经0.5% CaCl2采前处理的果顶硬化症果实其木质素含量和酶活性均有所下降。梨木质素合成相关基因表达显示，在黄金梨发育阶段和贮藏期间，PpPAL1, PpPAL2, Pp4CL1, Pp4CL2, PpPOD1, PpPOD2, PpPOD3 和PpPOD4基因的表达量变化趋势与木质素含量的变化无相关性，而PpCAD1和PpCAD2基因的表达量变化趋势则与木质素含量的变化相关性显著，且二者在果顶硬化症果实中的表达量明显高于正常果实；另外，采前CaCl2处理能够明显抑制PpCAD1和PpCAD2基因的表达。PpCAD1和PpCAD2基因可能参与了黄金梨果顶硬化症果实中木质素的积累，且采前CaCl2处理可能通过调控PpCAD1和PpCAD2基因的表达来减轻果实的木质化症状。.以‘本生’烟草和‘Micro-Tom’番茄为试材，利用农杆菌介导法进行遗传转化，对PpCAD2进行了功能验证。转正义基因植株和转反义基因植株基部的小叶数量增多；未转基因烟草、转空载体植株和转正义基因植株的叶片呈椭圆形，长宽比（第5片叶）为1.9-2.0；而转反义基因的植株叶片狭长，呈长椭圆形，长宽比为2.2-2.3。正义转基因番茄株高和茎粗明显高于对照番茄植株，反义转基因番茄株高低于对照。