砧木调控嫁接黄瓜果实表面蜡粉形成的硅代谢机制

Grafting is one of important agricultural techniques to improve resistance to biotic and abiotic stresses, and to increase production of protected cucumber,but the significantly different impact was found in bloom formation on fruit surface of cucumber grafted on different rootstocks,in which the silicon metabolism in grafted plants plays a major role. Rootstocks with different de-blooming ability will be choosed in the project to study the relationship between silicon absorption and allocation and bloom formation on fruit surface of cucumber.The ultrastructure and formation process of bloom will be observed with TEM and SEM. The genes Lsi1 and Lsi2 for silicon transporter protein will be cloned from roots of different types of rootstocks, and their expression activities will be also detected by using qRT-PCR under different environmental conditions.The gene expression profile controlling bloom formation in cucumber fruit will be constructed by using high-throughput gene expression profile technology, and followed by identification of candidate genes and detection of their expression characteristics. The purpose of the project is to reveal the mechanism of rootstocks affecting bloom formation on fruit surface of grafted cucumber at the molecular level, and the research results will provide a theoretical guidance to high quality cucumber cultivation and rootstock breeding.

嫁接是提高设施栽培黄瓜生物和非生物逆境抗性，提高产量的重要农艺措施，但不同砧木对嫁接黄瓜果实表面蜡粉形成的影响明显不同，嫁接组合体的硅代谢特性是主要原因。本项目选择具有不同去蜡粉能力的砧木，研究嫁接和自根黄瓜硅吸收分配特性与果实表面蜡粉形成的关系，借助透射、扫描电子显微镜（TEM、SEM）技术观察蜡粉形成过程及其超微结构特征；克隆不同类型砧木根系中的硅转运蛋白相关基因Lsi1和Lsi2，利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测不同砧穗组合和不同环境条件下的表达特性；通过高通量基因表达谱分析技术，构建黄瓜果实中控制蜡粉形成的差异基因表达谱，确定候选基因，并研究其表达特性；以期从分子水平上揭示砧木影响嫁接黄瓜果实表面蜡粉形成的机理。研究结果将为黄瓜优质栽培和砧木育种提供理论指导。

黄瓜果实表面蜡粉是重要的商品品质指标。嫁接是促进黄瓜生育，提高抗性和产量的重要技术措施，但不同砧木嫁接对黄瓜果面蜡粉的影响不同。为探明砧木影响嫁接黄瓜果面蜡粉形成的机制，本项目采用去蜡粉能力不同的砧木南瓜嫁接，土壤栽培与水培试验相结合，从生理、细胞和分子水平上进行了较为深入系统的研究。研究发现硅营养显著影响黄瓜果面蜡粉形成，砧木通过改变黄瓜的硅吸收分配特性进而影响果面蜡粉形成，但嫁接黄瓜果面是否具蜡粉与砧木果面蜡粉有无没有必然联系；黄瓜花前幼果表面就有蜡粉产生，在蜡粉球状体形成过程中，硅化物不断析出并覆盖其表面，但是当果实达到商品成熟时，蜡粉数量和形态结构因砧木类型而产生明显差异。从去蜡粉能力明显不同的砧木‘云南黑籽南瓜’和 ‘黄诚根2号’根系中克隆到硅转运蛋白基因CmLsi1、CmLsi2和CmLsi3，CmLsi1和CmLsi2核苷酸序列与NCBI上提交的序列完全一致；CmLsi3基因cDNA全长1206bp，开放阅读框795bp，编码264个氨基酸，在两类砧木间有4个位点氨基酸序列不一致；CmLsi3基因在砧木根、茎、叶中均有表达，且‘云南黑籽南瓜’各器官表达水平高于‘黄诚根2号’，根系中基因表达是否受硅营养调控因砧木类型而不同。构建了黄瓜果皮中控制蜡粉形成的相关基因表达谱，筛选出2139个表达差异显著的候选基因，但与果实硅代谢和蜡粉形成的相关性较弱；通过BLASTp和同源序列比对，确定了黄瓜中与硅转运密切相关的3个基因CsLSi1、CsLSi2和CsLSi6，其中CsLSi1 、CsLSi6蛋白为硅输入蛋白，CsLSi2蛋白为硅输出蛋白。本研究结果可为黄瓜优质栽培和砧木育种提供一定理论指导。