远缘嫁接中枸杞砧木对番茄接穗的生长发育和果实品质的影响

Solanaceae is one of the world's most important economic families. Tomato is the model plant with whole genome sequence for the annual herb vegetable plants, and Gouqi (wolfberry) is the traditional medicinal and edible crop. Based on the distant grafting method in the Michurin's genetic theory, Gouqi rootstock will be used to graft tomato scion, resulting in the asexual offspring of the distant grafting. Assessment of grafted tomato with the ungrafted tomato plants includes growth and development characteristics and metabolism before and after color change of tomato fruits (i.e. before and after fruit ripening). This project aims to study the grafting feasibility across Solanaceae different genera and distantly related species, to improve the technology of the distant grafting in Solanaceae family, and to explore the molecular mechanism underneath the fruit quality change after distant grafting. Implementation of this project can establish the distant grafting between Gouqi and tomato, improve the fruit quality of tomato, and explore methods and ideas of new germplasm development. The long term goal is to explore Michurin's asexual hybridization theory using Solanaceae species, which has important practical value and theoretical significance.

茄科植物是世界上最重要的经济作物类别之一，番茄是茄属最重要的一年生草本蔬菜植物，枸杞是枸杞属传统的药食同源经济作物。本项目根据米丘林遗传学理论中的远缘杂交方法，首先获得枸杞砧木上嫁接番茄接穗的属间嫁接苗，从而得到远缘嫁接的无性杂交后代，评估嫁接番茄与对照未嫁接番茄的植株生长发育特征和果实成熟前后的代谢组和转录组的的差异，深入解析远缘嫁接后砧木枸杞对番茄果实品质变化的分子机理。本项目旨在考证茄科不同属间远缘物种嫁接的可行性，完善茄科远缘嫁接技术，探索通过远缘嫁接改良果实品质的方法和分子机理。该项目的实施可以建立和完善枸杞和番茄的远缘嫁接技术体系；开拓茄科物种新种质培育的方法和思路，提供通过非转基因植物改良果实品质的新途径；进而验证米丘林的远缘无性杂交的理论，具有重要的实践应用价值和理论意义。

茄科植物是世界上最重要的经济作物类别之一，番茄是茄属最重要的一年生草本蔬菜植物，枸杞是枸杞属传统的药食同源经济作物。本项目根据米丘林遗传学理论中的远缘杂交方法，建立并完善了枸杞和番茄的远缘嫁接技术体系，通过形态学、转录组和代谢组整合研究方法检测远缘嫁接对番茄果实发育和品质的影响。本项目重要结果如下：.嫁接植株叶片叶绿素含量及光合作用速率均显著高于自根苗。嫁接番茄果实显著小于自根苗的果实，且果形指数显著增加。枸杞砧木对番茄果实的营养品质有极显著的影响。与自根苗相比，嫁接番茄可溶性固形物、可滴定酸、维生素C含量以及糖酸比均有不同幅度增加。嫁接后果实氨基酸含量也发生了显著变化。.果实代谢组LC-MS分析表明，番茄、番茄/枸杞和枸杞果实的代谢组有显著差异。基于代谢组的聚类以及差异性生物标志物的筛选从代谢组水平解释了枸杞作为砧木对嫁接番茄果实品质影响的机制。利用高通量测序技术，对远缘嫁接的枸杞砧木对接穗番茄果实发育中差异表达的miRNA进行鉴定和分析，共鉴定出68个进化已知的miRNA分别属于37个miRNA家族。另外从嫁接后番茄和未嫁接番茄的果实和茎尖组织中鉴定出168个假定的新的miRNA，其中大多数（166）新的候选miRNA在茎尖组织（嫁接和对照）中表达，接着是嫁接后的果实有162个，未嫁接的对照番茄果实中新miRNA 表达量最低，只有101个。番茄果实的发育受远缘嫁接砧木的影响显著，嫁接后果实中表达上调的miRNA有123个，显著高于嫁接后茎尖组织中上调表达的28个，由此我们可以推测在砧木和接穗之间可能存在很多重要的生物活性化合物的交换和转运。采用GO富集和KEGG数据分析对这些差异表达的miRNA的生物学功能及其靶基因功能注释进行研究发现，它们参与多种不同的生物调控途径，而代谢途径是最显著地一种调控途径。本研究为进一步探索miRNA信号如何在远缘嫁接的砧木和接穗间进行转换以及miRNA在各种生物学过程中的调控作用尤其是次生代谢调控途径中所行使的功能奠定基础。.该项目主要成果产出：文章3篇（其中2篇已见刊，1篇待审核），申请专利1篇（已公布），培养博士和硕士研究生各一名。