草莓果实发育及成熟过程中ABA、IAA和JA 信号协同调控的机理研究

Recently, particular attentions have been paid on the roles of phytohormone ABA in the regulation of strawberry fruit development and ripening. However, as earlier as more than a half century , auxin (IAA) had been found to play critical roles in the regulation of strawberry fruit ripening, and more recently, jasmonic acid (JA) has been also demonstrated to be a important hormone in the regulation of strawberry fruit ripening, which means that strawberry ripening is regulated by a synergistic action of multiple hormones rather than single hormone. But until now, little information is available about the mechanism for synergistic action of the multiple hormone signals involved in the regulation of strawberry fruit development and ripening. With Fragaria vesca as material, this research project will firstly probe into the mechanisms for the synergic regulation among ABA, IAA and JA in terms of their origination and dynamic changes. Then, from a point of systemic metabolism and a expressional analysis of massive genes associated with the metabolism, we will deeply explore the physiological and molecular basis of ABA, IAA and JA in strawberry fruit development and ripening, especially revealing the key signal component or the key combination of the hormones. This research will not contribute to a deep understanding of the profound mystery for the regulation of strawberry fruit development, quality formation and ripening, but also be of a great guiding significance for a prospective modification of fruit quality.

近年来，植物激素脱落酸（ABA）在草莓果实发育和成熟调控中的作用备受关注；然而早在半个多世纪以前，生长素（IAA）就已经被证实为操纵草莓果实发育和成熟的关键激素；而最近的研究发现，茉莉酸(JA）也在草莓果实成熟调控中起着重要作用。这意味着，草莓果实发育和成熟是受多种激素“协同调控”的，但迄今为止，对这种激素信号的“协同调控”机理没有任何实质性了解。本研究拟以草莓（Fragaria vesca）为试材，首先从激素信号的起源及其时空变动的角度上，探讨ABA，IAA和JA之间的协同调控机理；在此基础上，通过一系列现代技术体系和方法，从系统代谢调控、基因群组表达和表型变化的角度上，深入揭示ABA, IAA和JA协同调控的生理和分子机制，特别是揭示操纵果实成熟的“核心信号”及其协同机理。该研究不仅对深入了解草莓果实成熟调控的奥秘，而且对今后草莓分子改良具有重要意义。

草莓是我国主要果树品种之一。近年来，我国草莓产业迅速发展，迄今为止，无论是种植面积和产量都跃居世界第一。另一方面，就非跃变型果实成熟和品质形成的调控机理研究而言，草莓日益成为一种理想的模式植物。因此，深入揭示草莓品质形成的调控机理，对草莓果实品质分子的改良具有重要意义。 植物激素在果实品质形成和成熟调控中起着核心作用。乙烯在跃变型果实成熟调控中起着核心作用，然而非跃变型果实的激素调控是由ABA， IAA和JA等多个激素共同参与的。本研究拟以草莓为试材，首先从激素信号的起源及其时空变动的角度上，探讨ABA，IAA和JA之间的协同调控机理；在此基础上从基因组学，代谢组学和信号转导交叉对话的层面上，深入揭示ABA, IAA和JA协同调控的生理和分子机制，特别是揭示操纵果实成熟的“核心信号”及其协同机理。. 药理学研究发现，ABA饲喂可促进草莓果实成熟，然而果实注射却没有效果，证实了ABA调控果实成熟具有时空依赖性。种子（Achenes）剥离可导致果实(Receptacle)迅速成熟，证实了IAA由种子向果实的运输在草莓果实成熟调控中起着核心作用。JA无论饲喂还是注射均能显著促进果实成熟，揭示JA在草莓果实成熟过程中也是一个重要的信号。重要的是，本研究深入揭示了ABA信号起源的机理。在果实中ABA的机理具有负反馈抑制，而在种子中是正反馈抑制，限制ABA信号起源于种子而非果实。JA在次生代谢中具有重要作用，如此可参与果实抗病性，说明了草莓果实成熟多激素协同调控的必要性。信号转导研究揭示，JA信号和ABA信号转导存在交叉对话。SnRK是ABA信号转导的关键信号组分，SnRK可以和JA信号转导和核心成员JAZ互作，促进JAZ分解，如此，SnRK在ABA和JA信号通路中是一个重要的信号节点。本研究不仅深入揭示了草莓果实品质形成和成熟调控中多激素协同调控的机理，同时深刻揭示了草莓果实成熟调控的分子基础，这些结果和数据在草莓分子育种和品质改良中具有重要意义。