牡丹、芍药远缘杂交不亲和研究

Distant hybrid breeding is the main methods of cultivar improvement and breeding in tree peony and herbaceous peony. Cross-incompatibility is an important restriction for breeding rapid development. Mechanism of cross-incompatibility had been researched in other plants. But there were little researches in tree peony and herbaceous peony. In preliminary studies, the pre-fertilization barriers were the main factor to cross-incompatibility. The comparison result for fluorescent microscopic observations of pollen tubes showed the time scales of pre-fertilization barriers. Based on the previous researches, the dynamic changes in protecting enzyme system and endogenous hormones, and the analysis on different protein of stigma in pollen-stigma interaction would be further explored. The mechanism of cross-incompatibility between tree peony and herbaceous peony will be revealed, and provide the theoretical and technical support for hybridized breeding.

远缘杂交育种是目前牡丹、芍药品种改良和育种的主要方法，而远缘杂交不亲和一直是制约其快速发展的主要因素。在其他植物育种中，中外学者探讨了一些不亲和的机理，但关于牡丹、芍药远缘杂交不亲和机理的研究还很欠缺。在课题组前期研究中，明确了其杂交不亲和性主要是由受精前障碍造成，通过对比亲和授粉与不亲和授粉的花粉管荧光观察结果，基本确定杂交障碍发生的时间段。本研究拟在前期工作基础上，进一步从牡丹、芍药远缘杂交授粉后雌蕊中保护酶系统以及内源激素的动态变化、不亲和应答相关的柱头差异蛋白质组学分析方面深入研究，初步揭示牡丹、芍药杂交不亲和机理，为杂交育种提供理论和技术支撑。

远缘杂交育种是牡丹、芍药品种改良和育种的主要方法，而远缘杂交不亲和作为主要因素一直制约其快速发展。在课题组前期研究中，明确了牡丹、芍药远缘杂交不亲和行主要是由受精前障碍造成。本研究结合牡丹、芍药远缘杂交授粉后雌蕊中保护酶系统以及内源激素的动态变化、不亲和应答相关的柱头差异蛋白质组学分析方面深入研究，初步揭示牡丹、芍药杂交不亲和机理，为杂交育种提供理论和技术支撑。.主要研究结果如下：.1.亲和、不亲和授粉后，花粉-柱头相互作用的过程中，授粉引起的POD、SOD活性出现规律性变化，并与荧光显微观察的花粉萌发、花粉管伸长情况基本保持同步。授粉后3h内花粉-柱头识别时期，高活性水平的POD和SOD时，花粉迅速黏附并萌发，而且不亲和花粉在花粉识别阶段POD和SOD活性显著低于亲和花粉。.2.亲和、不亲和授粉后，花柱内源激素也发生规律性变化，并与荧光显微观察的花粉萌发、花粉管伸长情况，以及酶活性变化基本保持同步。授粉后3h内的花粉-柱头识别阶段，亲和雌蕊中的ZR含量迅速升高，而不亲和雌蕊ZR含量急速下降，对应亲和雌蕊上花粉整齐萌发，不亲和雌蕊上几乎不萌发。.3.利用iTRAQ技术分析牡丹、芍药远缘杂交亲和、不亲和授粉后雌蕊柱头中蛋白质的差异表达，鉴定到的总蛋白数为2900，其中上调蛋白383个，下调蛋白302个。雌蕊柱头上鉴定到的差异表达的蛋白质主要参与的生化代谢途径和信号转导途径有一般代谢途径、次生代谢产物生物合成途径、核糖体途径、内质网蛋白质加工、糖酵解/糖异生途径等，表明不亲和授粉后的雌蕊柱头内蛋白质代谢和能量代谢较为活跃。其中鉴定到的与不亲和授粉相关代谢通路有RNA降解、钙信号途径、MAPK信号途径、磷脂酰肌醇信号系统。各通路中的差异表达蛋白表明不亲和授粉后，花粉管生长需要的能量合成受阻，花粉管极性生长相关的信号通路和代谢途径受阻。其中烯醇酶(Enolase)、热休克蛋白70 DnaK(HSP70)、钙调蛋白(CALM)下调表达，腺苷酸转运酶ANT上调表达。