桃树细胞质抗寒相关基因的鉴定和功能研究

Peach is one of the main cultivated fruit trees in northern China, cultivated area of which reached to 130 million mu in Hebei Province. Due to the geographical location, the stable and high yield of peach was influenced frequently by the freezing injury with regularity, leading serious impact on the peach's production. Breeding cold resistant variety has to become one of the main goals of peach breeding, and the mechanism study of cold resistance of peach has become an important scientific problem for breeders . In order to solve this problem,crossbreeding combinations between cold resistant varieties and not cold resistant varieties was performed respectively from 2003 . When chilling injury occurs, the orthogonal and back crossing combinations of two group in F1 generation has significant differences (freezing index 1.25/2.55), which means that the cold resistent is associated with cytoplasmic genes in addition to nuclear genes. namely the cytoplasmic inheritance (or maternal inheritance). This the project intends to study onStudy on cytoplasmic genome genomics and proteomics, revealing the inner relationship between cold resistent and cytoplasmic genes in peach， Which would support the important theory for cold resistent in furit tree.

桃是我国北方果树的主栽树种之一，仅河北省栽培面积就达130万亩，由于河北省所处地理位置的原因（桃树栽培北限），桃树冻害频繁发生，且具有规律性，给桃生产带来极大的影响。培育抗寒性品种成为桃树育种的主要目标之一，而桃树抗寒性机理的研究就成为育种学家关注的重要科学问题。本课题组长期从事桃育种工作，从2003年起，以抗寒品种（大久保桃）、不抗寒品种（21世纪桃）为亲本，分别进行了正交（大久保桃×21世纪桃）、反交（21世纪桃×大久保桃）试验。在寒害发生时，正交与反交两个组合在F1代的抗寒程度的加权平均值具有显著差异（冻害指数1.25/2.55），这意味着抗寒性状除了细胞核基因控制以外，细胞质基因也发挥着重要的作用，即细胞质遗传（或母性遗传），本项目拟通过对细胞质基因组的基因组学和蛋白组学的研究，揭示桃抗寒性与细胞质基因的内在关系，为果树细胞质基因与抗寒性的研究提供重要的理论支持。

桃是我国北方果树的主栽树种之一，由于河北省处于桃树栽培北限，相当一部分品种存在抗寒性弱的问题，易受到低温冻害的影响导致减产甚至死亡，给桃生产带来极大的影响。本研究从生产实际出发，探究了北方桃树抗寒的机理。通过细胞质相关基因的定量分析、线粒体和叶绿体基因组测序、蛋白组测序和生物信息学等方法研究桃树抗寒的作用机制。首先，对有参考基因组的细胞器-叶绿体测序，获得了高质量的叶绿体基因组，比较分析发现叶绿体结构和基因在不同品种保守型很高。而线粒体没有参考基因组，通过基因组提取方法和技术创新，我们研究出了一套桃高质量线粒体基因组的提取方法，为线粒体测序奠定了基础。线粒体测序结果表明，线粒体基因结构差异较大，但在抗寒品种中没有规律可循。其次，对叶绿体和线粒体蛋白组进行了测序和分析。由于双向电泳检测差异蛋白灵敏度较差，本试验选择了精度更高的TMT（Tandem Mass Tags，一种体外同重同位素标记相对与绝对定量技术）技术对抗寒品种与不抗寒品种进行了差异蛋白的筛选与分析。试验结果表明，大量的差异蛋白参与到了桃树的抗寒过程。3个抗寒和3个不抗寒品种对比组中，鉴定到202个上调蛋白，185个下调蛋白，抗寒与不抗寒品种的比较分析表明不同品种桃在响应低温胁迫时的机制不同。进一步的蛋白组数据挖掘和筛选得到了一个细胞核编码的叶绿体定位的PpRBD1蛋白，利用生物信息学和分子生物学方法克隆了该蛋白的基因，该基因位于细胞核中，但成熟的蛋白行使功能则在叶绿体细胞器中，是一个桃树抗寒性相关的关键基因。本试验结果表明PpRBD1基因在拟南芥转基因试验中提高了拟南芥抗寒性。作为在叶绿体中行使功能的蛋白，PpRBD1在桃树抗寒过程中的作用机制为桃抗寒性育种研究提供新的理论认识，为果树细胞质遗传理论提供重要的实验数据支持。