摘要
油茶（Camellia oleifera Abel.）是我国重要的木本食用油料树种，其果实发育直接关系到油茶的产量和品质。本研究以油茶国审良种‘华硕’为试材，采用田间试验观测、组织解剖显微分析、激素分析处理、转录组及代谢组学分析和基因互作验证等方法，从表型观测、生理水平、细胞水平和分子水平，开展了果实生长发育特征、物质累积特征、外源激素影响、茉莉酸甲酯调控油茶种子发育的分子机制等系统研究,旨在揭示油茶果实生长发育特性及其激素调控机制，以期为人工调控油茶果实发育从而提高其产量和品质提供科学依据。主要研究结果如下: 1.明确了油茶‘华硕’果实生长发育和物质累积特征。采用田间试验观测、组织解剖显微分析、色谱分析及代谢组分析等方法对‘华硕’果实生长发育和物质累积特征分析，结果表明:‘华硕’果实横径、果实纵径、鲜果重和鲜粒重的生长曲线呈现“S”型，在170 DAP（授粉后天数，day after pollination）先快速增长，至292 DAP趋于平稳，果壳厚度从170DAP持续增厚至228 DAP达到峰值后逐渐变薄直至果实成熟。‘华硕’种子在235 DAP形成子叶形胚，此时胚乳逐渐解体，种仁逐渐从半透明疏松不紧密的状态逐渐发育为乳白色或淡黄色的成熟种仁。‘华硕’种子含油率随着种子的成熟持续显著增加，尤其是从292 DAP开始急剧升高，在种子成熟时油体占整个细胞的1/3左右。‘华硕’种子中共鉴定了 433种代谢物，其中34.18％（148种代谢物）为类黄酮化合物，这些类黄酮主要富集在油茶种皮中。‘华硕’种子中内源脱落酸（ABA）、赤霉素（GA3）、吲哚乙酸（IAA）、玉米素（ZT）、茉莉酸甲酯（MeJA）和褪黑素（MT）含量从170 DAP显著增加至258 DAP达到峰值后开始下降，此时正好是果实快速膨大和果壳迅速变薄阶段，推测这些激素可能与‘华硕’果实发育进程有关。 2.发现了促进油茶果实生长发育的植物生长调节剂。对‘华硕’喷施不同浓度的6-苄氨基嘌呤（6-BA）、ABA、GA3、IAA、MT和MeJA后，采用田间试验观测、组织解剖显微分析和色谱分析等方法对油茶果实生长发育进行研究，结果表明:不同类型激素对‘华硕’果实生长发育的影响各不相同，其中0.5 mmol/L的MeJA处理效果最显著，使成熟期的鲜果重增加了 41.1％、种子大小增加了 29.13％、种子重量增加了 31.81％。外源0.5 mmol/L的MeJA通过增加种子发育前期（124至236 DAP）外种皮的细胞数量和面积而促进‘华硕’种子发育早期种皮的迅速生长，同时增加种胚(236至334DAP)的细胞数量和面积而加快油茶种子发育进程，从而使得‘华硕’种子变大。外源0.5 mmol/L的MeJA显著地增加了油体的数量和体积，提高了含油率和不饱和脂肪酸相对含量，降低了饱和脂肪酸相对含量。在250 DAP时，0.5mmol/L MeJA处理后，种子中类黄酮含量提高了 33.46％,组织解剖显微分析结果发现类黄酮大量富集在种皮中，主要分布在细胞壁附近。因此，外源0.5mmol/L的MeJA是影响‘华硕’果实生长发育和物质积累的重要外源植物生长调节剂。 3.阐明了 MeJA调控油茶种子生长发育的分子机制。采用转录组学分析和基因互作验证方法对茉莉酸甲酯调控油茶种子发育的分子机制开展研究，结果表明响应MeJA调控的差异基因主要参与细胞壁发育、不饱和脂肪酸及类黄酮生物合成等过程。进一步分析发现MAPK信号通路、泛素-蛋白酶体信号通路和G-蛋白信号通路以及细胞周期、细胞增殖和细胞扩张相关基因参与了 MeJA介导的种子增大。乙酰辅酶A羧基酶(ACC1)和生物素羧基载体蛋白2(BCCP2)是油脂积累的关键基因，其表达量受MeJA正向调控;硬脂酰-ACP去饱和酶(SAD)和脂肪酸去饱和酶(FAD)是不饱和脂肪酸合成的关键基因，0.5 mmol/LMeJA处理后SAD6-1和SAD6-2的表达水平较对照提高了 90％以上，而FAD2-3的表达量则下降了约56.41％。共48个类黄酮合成相关的结构基因受到MeJA的显著调控，其中ANS、ANR2和UGT71K1是响应MeJA调控的核心基因。加权基因共表达网络分析、酵母单杂交、凝胶迁移电泳和双荧光素酶实验表明，MeJA信号通路的重要开关基因CoMYC2正向调控种子大小(CoCDKB2-2、CoCYCB2-3和CoXTH9)、油脂积累(CoACC1)及类黄酮生物合成(CoANS和CoANR2）重要基因的转录，而抑制了 CoFAD2-3、CoUGT71K1的转录。
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