根域限制提高葡萄果实品质机制的转录组学及蛋白质组学解析

Root-zone restriction has been widely adapted in viticulture in China because of its effective roles in repressing vegetative growth, promoting flower bud differentiation, precocity, and improving berry quality, such as promoting contents of total soluble solids and anthocyanins. However, the mechanism of root-zone restriction improving berry quality has not been elucidated clearly due to the limited evidences in anatomy, physiology, and biochemistry in grapevines. Highthroughput transcriptome sequencing and proteomics will be applied to unravel seasonal gene expression profiles of grapevines and differentially expressed proteins of individual organs in grapevines between root restriction and the control.The differentially expressed genes and proteins will be identified and functionally analysised to explain the mechanism of root-zone restriction in improving berry quality. Also, the differential expressing genes and proteins will be helpful for molecular breeding and the development of innovative cultivation technologies in the future.

根域限制后肥水供给调节便利、生长发育调控高效，并显著地促进葡萄的花芽形成、增加果汁可溶性固形物和果皮花青素含量，改善成熟期高温产区葡萄的着色，提高果实品质和优质果产量，作为颠覆"根深叶茂"传统栽培理论的新技术已在各地的优质栽培、精确栽培、节水栽培、观光园建设等方面广泛应用。虽然从光合产物运转分配、糖代谢和花青苷合成过程关键基因表达等方面探讨了其提高葡萄果实品质的作用机理，但还不清楚众多基因的调控网络发生的变化。本研究拟采用高通量测序技术和蛋白质组学技术，在葡萄关键发育阶段、特别是成熟过程中，就根域限制树的根、茎、叶、花（果）和种子等器官的基因表达谱和蛋白质表达谱，与对照进行比较，从整体上弄清其调控网络结构，挖掘出与果实品质形成密切相关的功能基因和调节因子，并进行功能鉴定，在分子水平上构建葡萄根域限制提高果实品质的作用机制模型，为提高果实品质的分子辅助育种和栽培新技术的开发提供理论和技术支持

葡萄根域限制是一项广泛应用的栽培技术，能显著改善葡萄树体生长发育，提高果实品质。根域限制后肥水供给调节便利、生长发育调控高效，并显著地促进葡萄的花芽形成、增加果汁可溶性固形物和果皮花青素含量，改善成熟期高温产区葡萄的着色，提高果实品质和优质果产量，作为颠覆"根深叶茂"传统栽培理论的新技术已在各地的优质栽培、精确栽培、节水栽培、观光园建设等方面广泛应用。虽然从光合产物运转分配、糖代谢和花青苷合成过程关键基因表达等方面探讨了其提高葡萄果实品质的作用机理，但还不清楚众多基因的调控网络发生的变化。本研究采用高通量测序技术在葡萄关键发育阶段、特别是成熟过程中，就根域限制树的根、茎、叶、花（果）和种子等器官的基因表达谱，与对照进行比较，从整体上弄清其调控网络结构，挖掘出与果实品质形成密切相关的功能基因和调节因子，并进行功能鉴定。结果显示，限根栽培与地栽葡萄转录组测序后转色期共发现1732个差异表达基因，其中上调表达数量669个，下调表达基因较多为1063个。这些基因可能参与限根栽培果实品质形成；在果实代谢组测序对比中，发现代谢初级产物和次级产物都有所不同，初级产物中50％的脂质在果实发育早期下降，而其他几种脂质在根域限制中的转色期开始增加。次级产物与对照相比，根域限制中18种黄酮类化合物在果实所有发育时期保持较高水平，表明其合成长期处于旺盛阶段，对果实品质提升具有重要作用；对转录组数据进行分析中发现VvPYL1基因在葡萄果实成熟过程中差异表达显著，对进行转基因功能分析结果显示其过表达能够推进成熟进程，促进果实着色。综上所述，本项目在分子水平上初步解释了葡萄根域限制提高果实品质的作用机制，为提高果实品质的分子辅助育种和栽培新技术的开发提供理论和技术支持。