新疆'纸皮'扁桃幼果生理脱落与蔗糖代谢关系的生理与分子机制研究

Almond (Amygdalus Communis L.)is mainly produced in Xinjiang area, its fruit set and production have been seriously affected by the physiological fruit drop at the early stage of fruit development . In this paper we used 'zhipi'almond as plant material study the relationship between the sucrose accumulation during the dormancy stage in bearing branch and physiological fruit drop at the early stage of fruit development analyzing the differences of sucrose metabolism between normal developed young fruit young and the fruit which is about to drop in order to make clear the role of sucrose in this process. In addition, we try to find the key enzymes which contributed to the young fruit abscission, then further clarify the structure and function of them by cloning the relative genes of these key enzymes during the process of affecting normal young fruit development and the fruit which is about to drop. This study aimed at revealing the mechanism of physiological drop of young almond fruit and providing the theory basis for improving cultivation measures and increasing production.

新疆是我国扁桃(Amygdalus Communis L.)的主产区，而幼果生理脱落问题严重影响了扁桃的坐果率和产量。本课题以新疆主栽扁桃品种'纸皮'为试材，以蔗糖代谢为中心，在明确休眠期结果枝内蔗糖积累水平与幼果生理脱落关系的基础上，分析扁桃正常发育幼果与即将脱落幼果之间蔗糖代谢的差异，筛选影响扁桃落果的关键酶，克隆关键酶相关基因并研究其在正常发育幼果和即将脱落幼果中的时空表达模式，确定关键酶基因在扁桃幼果生理脱落过程中的调控作用。本研究旨在进一步揭示扁桃幼果生理脱落的机理，并为改进扁桃栽培管理措施、提高产量提供理论依据。

扁桃幼果生理脱落问题严重影响了扁桃的的坐果率和产量，而营养物质积累与代谢是影响幼果生理脱落最重要的因素。本项目从田间、生理、分子不同角度对扁桃幼果脱落动态变化，休眠期结果枝蔗糖和矿质元素积累变化，幼果发育期正常果与脱落果中蔗糖、激素、矿质元素代谢变化，蔗糖代谢关键酶基因的克隆与幼果发育中的表达模式，正常果和脱落果的高通量转录组测序的进一步分析等方面开展了较为系统的研究，在以下方面取得了重要进展：.（1）研究表明扁桃休眠期结果枝中碳水化合物、矿质营养的积累水平直接影响着翌年扁桃的坐果率和产量，加强扁桃园的管理提高碳水化合物的积累与代谢水平是提高扁桃产量的重要措施。.（2）观测表明扁桃花叶同期，整个幼果生理落果过程持续时间为40天，分为快速脱落期和缓慢脱落期两个阶段，扁桃新梢生长期与幼果脱落期基本重合，果叶营养竞争和幼果营养胁迫导致扁桃生理落果。.（3）扁桃幼果生理脱落期的蔗糖代谢以分解为主，蔗糖分解方向的酶起主要作用，新梢与幼果间竞争光合产物导致幼果葡萄糖供应不足进而引发落果，蔗糖酸性转化酶和分解方向蔗糖合成酶是调控扁桃幼果脱落与否的关键酶。.（4）新梢和幼果中内源激素之间的浓度平衡关系也是影响扁桃幼果的生理脱落的因素之一。.（5）克隆获得蔗糖代谢相关的5个关键酶基因（AcAI、AcIvr、AcNI、AcSS、AcSPS）cDNA全长；对AcAI和AcSS在幼果发育过程（脱落果和正常果）的表达模式进行了分析，结果表明两个基因均参与调节组织生长发育并通过感知糖信号进而调节糖组分含量来响应落果。.（6）Illumina测序分析得到33,577条功能基因，其中共有8676个差异表达基因，主要富集在碳代谢、光合生物固碳、植物激素信号转导代谢通路。转录组结果表明扁桃幼果在生长发育膨大的过程中由于碳水化合物竞争导致糖饥饿，从而诱导植物激素信号转导，并进一步加强了蔗糖代谢酶、抗氧化酶和转录因子的活性，伴随着如蛋白加工和脂肪酸代谢以及细胞壁修改等新陈代谢，最后导致落果。