Auxin与BR途径关键基因调控温敏型半矮生桃节间长度的分子机制

Peach [Prunus persica (L.) Batsch] is deciduous perennial fruit crop with excessive vigorous sprout and vigor, which made the management complicated, pruning workload and production costs increased.And it also causes waste of photosynthate. One key component of tree height is internode length. Investigating the regulation mechanism of internode length is main step to achieve moderately dwarfing fruit tree. Prior study conformed the express levers of key genes in Auxin and BR pathways are consistent with the change of internode length. Further step research revealed the temperature trigger the elongation of shoot internode on semidwarf type peach tree 'SD9238'. In this proposal, temperature-sensitive type SD9238 were selected as research material, treated with temperture and phytohormone to elucidate their affect on internode length and then to illustrate the change of internode phenotype, phytohormone, tissue structue and gene express levels. Also we would identify how the key genes in Auxin and BR pathways regulate phenotype of internode and the mechanism of gene crosstalk regulation. The results will provide basis for modifying the length of internode, tree height and also benefit for developing limited dwarfing peach varieties to reduce work time and workload.

桃[Prunus persica (L.) Batsch]为多年生落叶果树，萌芽力强、生长量大，不仅增加了管理难度、修剪用工和生产成本，而且易造成树体营养的大量浪费。嫩梢节间长度是决定桃植株高度的关键因子，研究嫩梢节间长度的调控是获得有限矮化的重要手段之一。我们研究发现Auxin和BR信号途径关键的基因的表达水平与自然生条件下节间长度变化一致，同时，温度启动半矮生型桃'SD9238'嫩梢节间的伸长。因此，本项目拟以温敏型半矮生型桃'SD9238'为研究材料，通过影响同一表型的温度和激素处理，研究温度和激素处理所引起的节间表型、激素、组织细胞和基因表达的变化，确定Auxin和BR信号途径中调控节间表型的关键基因，同时揭示途径中关键基因如何互作于节间表型的分子机理。为进一步定向改良桃节间长度和树体高度，最终创造有限矮化、省力、省时以及便于管理的新种质提供理论依据。

桃为多年生落叶果树，萌芽力强、生长量大，不仅增加了管理难度、修剪用工和生产成本，而且易造成树体营养的大量浪费。嫩梢节间长度是决定桃植株高度的关键因子，研究嫩梢节间长度的调控是获得有限矮化的重要手段之一。本项目研究了Auxin与BR途径关键基因是如何调控温敏型半矮生桃节间长度的分子机制，结果如下：研究发现不同温度（23℃、26℃和30℃）显著影响温敏半矮生型桃节间长度、节粗度、新梢生长速率、细胞大小、茎尖IAA和TY内源激素水平，但普通生长型各温度处理间差异不显著。23℃处理时温敏半矮生型节间长度和新梢伸长速率接近0 mm，节粗度最大为3.43 mm，细胞长度最小为12.89µm；26℃时节间长度为2.64 mm，节粗度为2.49 mm，新梢生长速率为8.03 mm/3 day，细胞长度为17.24 µm；30℃基本接近普通生长型。不同温度处理条件下，温敏半矮生型IAA含量的差异较大，23℃处理条件下IAA含量最低为23ng/g，26℃处理时IAA含量约为50ng/g，30℃处理时为88ng/g FW，是23℃时的4倍，并且在不同节间呈梯度分布。不同温度处理条件下，温敏半矮生型CS和TY的含量均存在差异，其中30℃时CS的鲜重含量为2.298 ng/g FW，是22℃的1.329倍；22℃时TY含量为0.096 ng/g FW；26℃时含量为0.133 ng/g FW；30℃时含量为0.280 ng/g FW，是22℃的2.917倍，TY的含量差异可能与该表型的形成有关。但不同温度下，普通型CS含量在2.13ng/g~2.541 ng/g FW之间；TY含量在0.1935~0.2260 ng/g FW之间。几种外源激素处理不能使温敏半矮生型植株恢复野生表型。在全基因组水平，明确了不同温度条件下基因的表达特征，筛选了不同温度处理的差异基因，参与了表型的调控，涉及植物激素Auxin、BR类以及其他信号代谢调控途径，主要包括：ABC转运因子、E3泛素连接酶、细胞色素P450、F-box、色氨酸合成酶、生长素响应因子和β-香树脂醇氧化酶）等。该研究为进一步系统阐明温度桃节间表型和株高的分子机制并创造有限矮化、省力、省时以及便于管理的新种质提供理论依据。