倍性和杂种性对三倍体枇杷生长势及相关基因表达的相对效应研究

In order to solve the problem concerning too many large seeds in loquat, the applicant's lab has obtained a multitude of natural triploid seedless germplasm in the past years. Moreover, the plants have already bloomed and fruited, and used in breeding. In the field, triploid loquats showed more vigorous in growth than the corresponding diploids which is likely relevant to the effects of ploidy and heterosis. However, it remains unclear what makes natural triploids be more vigorous because of unknown genetic background. Here we will choose the diploid and tetraploid plants derived from "Longquan No. 1" and "Ruantiaobaisha" as parents for reciprocal cross to generate diploid, triploid and tetraploid hybrids with clear genetic background. And we will perform the comparative analysis of biomass, cell size, starch, chlorophyll content and gene expression changes in hybrids and their respective parents to investigate the relative effects of ploidy and hybridity effects on growth vigor and gene expression in triploid loquat. This project could provide not only new insights into the molecular basis of heterosis in triploid loquat, but also the criteria for choosing parents in seedless loquat hybrid breeding to improve the efficiency.

针对枇杷种子大而多的问题，申请人课题组前期获得了一大批天然三倍体无核枇杷种质，这些种质已开花结果并用于无核枇杷新品种选育。田间观察发现，三倍体枇杷植株的生长势明显强于二倍体植株，该现象可能与基因组倍性效应和杂种优势有关。但由于天然三倍体的遗传背景不明，导致上述现象的原因尚不清楚。本项目拟以“龙泉1号”和“软条白沙”的二、四倍体种质为亲本进行正反交，创制遗传背景清晰的二、三、四倍体杂交后代群体，并比较分析杂交后代及其亲本的生长势各项参考指标（如叶面积、生物量、气孔大小和密度、淀粉含量、叶绿素含量等）和相关基因表达量的差异，以期探讨倍性和杂种性对三倍体枇杷生长势及相关基因表达所产生的相对效应。这不仅能为枇杷三倍体杂种优势的分子基础提供新的见解，还可为无核枇杷杂交育种的亲本选择提供依据，从而提高育种效率。

针对枇杷种子大而多的问题，课题组前期筛选出一大批天然三倍体枇杷种质，这些种质已开花结果并用于无核枇杷新品种选育。田间观察发现，三倍体（2n=3x=51）较二倍体（2n=2x=34）不仅具有无核这一优良性状，还表现出树体高大、生长势旺盛、抗病性强等明显优势，到底是什么原因导致三倍体生长势更加旺盛？在模式植物-拟南芥上的相关研究表明，倍性和杂种性均会对植物的生长势产生影响，并将影响到相关基因（如昼夜节律生物钟基因）的表达。若能弄清倍性和杂种性对枇杷三倍体杂种生长势的相对效应，不仅能为揭示三倍体枇杷杂种优势的分子机理提供新的见解，还能从亲源效应的角度为无核枇杷杂交育种的亲本选择提供依据，从而提高其育种效率，具有重要的理论和实践意义。. 本项目利用枇杷品种“龙泉1号”和“软条白沙”的二、四倍体为亲本[LQ(2x)、LQ(4x)、RT(2x)、RT(4x)]进行两两正反交，共配置12个杂交和4个自交组合。结合流式细胞仪、染色体制片技术、GISH分析和SSR分子标记检测到二、三、四倍体真杂种各25、97、24株。通过比较分析来源于相同品种/不同品种的二、三、四倍体杂种后代及其亲本的生长势相关生理生化指标和昼夜节律生物钟基因的表达量，结果显示，倍性和杂种性均会对三倍体枇杷生长势产生影响，其中倍性效应较杂种性可能对枇杷叶片形态指标（叶面积和叶片厚度）和生态适应性指标（气孔大小和气孔密度）贡献更大；杂种性较倍性效应可能对枇杷生长势相关指标（比叶干重、淀粉含量和叶绿素含量、昼夜节律生物钟基因表达量变化幅度）影响更大。此外还发现二、四倍体为亲本进行正反交时存在明显的亲源效应，四倍体作父本较二倍体做父本产生的三倍体杂种生长势更旺盛，这为三倍体无核枇杷杂交育种的亲本选择提供了重要依据。同时，本项目还创制了一大批遗传背景清晰的整倍体和非整倍体后代，为后续育种工作奠定了材料基础。