摘要
甜樱桃（PrunusaviumL）属蔷薇科（Rosaceae）李属（Prunus）樱桃亚属（Cerasus）植物，原产于亚洲西部和欧洲东南部，目前广泛种植于中国、美国、土耳其、智利等国家。因其成熟期早，营养丰富，果色鲜艳，口感极佳，被誉为果中珍品。近年来，在我国南方被广泛引种，贵州中西部地区也有较大面积栽种，但普遍存在生理落果严重的瓶颈问题。揭示南方甜樱桃异常生理落果的机制，对提高坐果率有重要指导意义。本研究以贵州中高海拔种植的甜樱桃为材料，从生理、细胞和分子水平解析贵州甜樱桃异常生理落果的机制，旨在为提高南方甜樱桃产量提供理论参考。主要结果如下： 1.贵州主栽甜樱桃异常生理落果特性 对贵州主栽甜樱桃品种的花粉活力、花粉形态、胚活力、胚形态、落果率、离区解剖结构等进行观测，并对果实和果柄碳水化合物含量、酶活性，以及果柄激素含量进行测定。结果表明，“桑提娜”、“布鲁克斯”、“斯帕克里”、“黑珍珠”花粉活力均较低，且花粉畸形率较高，而“黔樱1号”花粉活力较高，花粉形态规则，呈椭圆形，且花粉畸形率低；胚越饱满，胚活力越高，越不易脱落；“桑提娜”、“布鲁克斯”、“斯帕克里”、“黑珍珠”的落果率均在89%以上，“布鲁克斯”高达97%；在两个落果高峰期，即将脱落果实的果柄离区已经完全形成，其果实及果柄的葡萄糖含量均低于正常果实及果柄；即将脱落果柄的纤维素酶（CEL）、果胶酶（PE）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）、过氧化物酶（POD）活性均显著高于正常果柄，而生长素（IAA、IBA）、赤霉素（GA3、GA7）、细胞分裂素（TZ）、1-氨基环丙烷基-1-羧酸（ACC）、茉莉酸（JA）和茉莉酸甲酯（MeJA）含量均显著低于正常果柄，而脱落酸含量却显著增加。 2.甜樱桃脱落果柄转录组分析 与正常果柄相比，即将脱落果柄中生长素合成基因（α-Trp、amiE、YUCCA）和生长素信号转导基因（AUX1、AUX/IAA、ARF）均显著下调表达，而乙烯合成相关基因（ACS、ACO）、乙烯信号转导相关基因（ERF），以及脱落酸合成基因（NCED）均显著上调表达；纤维素酶（CEL）、果胶酯酶（PE）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）、β-半乳糖苷酶（β-gal）基因等均显著上调表达，过氧化物酶（POD）基因也显著上调表达，离区的扩展蛋白（EXP）和木聚糖水解酶（XTH）基因也显著上调；参与细胞骨架形成的基因MAP，α-TUB以及ACTIN等显著下调。此外，在即将脱落果柄中，很多转录因子（MYB、bHLH、WRKY、HD-ZIP、MADS、ERF、NAC以及bZIP）显著上调。 3.甜樱桃脱落果柄蛋白质组分析 与正常果柄相比，即将脱落果柄中生长素合成相关蛋白（α-Trp）、信号转导相关蛋白（AUX1、TIR1）显著下调；而乙烯合成相关蛋白（ACO）、脱落酸合成相关蛋白（NCED），以及脱落酸信号转导相关蛋白（PP2C、SnRK2）均显著上调。另外，细胞壁修饰相关蛋白（CEL、PE、PG、β-gal、EXP、XTH）在即将脱落果柄中也显著上调表达，细胞骨架合成相关蛋白Arp2/3以及微管相关蛋白（MAP）显著下调，HD-ZIP基因家族中的转录因子PavHB16在即将脱落的果柄中也显著上调。 4.甜樱桃HD-ZIP基因家族分析及PavHB16功能验证 甜樱桃HD-ZIP基因家族共有27个成员，分为四个亚族，不均匀分布在8条染色体上。组织特异性分析表明，在第一、二落果高峰期，成员PavHB2在正常果实中表达较高，PavHB12在正常果柄中显著上调，其启动子也存在激素响应元件；相对于正常组织，PavHB16和PavHB18在即将脱落的组织中均上调表达。获得PavHB16基因序列长度678bp，其中ORF为668bp，编码219aa，编码蛋白定位于细胞核，与桃、扁桃、梅的亲缘关系较近。PavCEL18基因启动子上存在有可能与HD-ZIPI结合的元件（AAATTAAA），表明PavCEL18可能受PavHB16基因的调控；转PavHB16拟南芥能促进AtCEL3、AtPG1、AtEXPA24等脱落相关基因表达，并能促使花器官离区发育和脱落。 5.甜樱桃脱落相关功能基因的克隆及表达分析 克隆了甜樱桃脱落相关基因并进行表达分析。结果表明，纤维素酶基因（PavCEL18）有1,704bp，其中ORF为1,494bp，编码497aa，具有糖基水解酶活性位点，与梅（Prunusmume）、桃（Prunuspersica）、扁桃（Prunusdulcis）亲缘关系较近，在即将脱落的组织中均显著上调表达；果胶酶基因（PavPG）全长为1,644bp，其中ORF1,443bp，共编码480aa，PavPG与桃、扁桃中该基因亲缘关系较近，且在即将脱落组织中均显著上调表达；扩展蛋白基因（PavEXPA2）共1,035bp，其中ORF为852bp，共编码283aa，与梅、扁桃和桃的亲缘关系较近，在即将脱落的组织中均显著上调表达；ACC氧化酶基因（ACO）共1,175bp，其中ORF为960bp，共编码319aa，与桃的亲缘关系最近，在即将脱落的组织中均显著上调表达。 综上所述，本研究发现贵州甜樱桃异常生理落果的机制主要是由于胚的败育导致离区生长素合成减少，离区细胞对乙烯的敏感性增加，进而促进脱落相关基因的表达，在适宜的温度和pH下，细胞壁降解酶活性上升，降解细胞壁中的纤维素和果胶，促进细胞分离，引起果实脱落。
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