内源乙烯介导柑橘幼果脱落的分子机制研究

In China, excessive fruitlet drop in citrus is one of the most critical problems leading to a serious economic loss in citrus production.According to the results previously reported by numerous studies and our recent works, the endogenous ethylene plays an important role in this event, while the molecular mechanism, to date, remains elusive. In this study, the molecular mechanism of ethylene-mediated fruitlet drop will be investigated. Using promoting or suppressing endogenous ethylene production, the spatiotemporal expression of two genes encoding the two key enzymes of ethylene biosynthesis (i.e. ACS and ACO), ethylene signalling components (i.e. ERSs/ETRs, CTR1, EIN3/EILS and ERFs) and cell wall hydrolase genes (i.e. PG and EG) will be analyzed, also and the changes in the level of hormones and carbohydrates will be characterized. The key genes importantly involved into citrus fruitlet drop will be identified. Subsequently, their biological function will be analyzed in order to uncover the molecular mechanism underlying citrus fruitlet drop mediated by endogenous ethylene. These results will provide some useful information for further research in this field, and develop effective strategies for controlling the fruitlets drop process as well as enrich the biological connotation of ethylene.

严重的幼果脱落是导致柑橘产量低下的主要因素之一。根据我们前期工作和前人研究的结果表明，乙烯在脱落过程中发挥着重要作用，但其介导幼果脱落的分子机制至今还不完全清楚。本课题以柑橘幼果为试材，围绕内源乙烯介导柑橘幼果脱落的这一生物学过程，使用促进或抑制幼果内源乙烯合成的方法，观察各处理条件下的幼果脱落、碳水化合物积累和内源激素的变化，分析乙烯的生物合成结构基因（ACS、ACO）、乙烯信号转导元件（ERSs/ETRs、CTR1、EIN3/EILS、ERFs）及其标靶的细胞壁降解基因（PG、EG）的时空响应；在分析乙烯信号转导与脱落关系的基础上，鉴别介导柑橘幼果脱落的关键基因，验证其生物学功能，建立乙烯介导柑橘幼果脱落的信号转导模型，阐明其生物效应和分子机制。本研究成果可为柑橘幼果的乙烯代谢及其脱落性状的遗传控制增添新内容，为创新花果调控技术提供理论基础。

幼果脱落是决定柑橘产量和品质的重要农艺性状，其过程受到内外因子协作调控，从而形成了一个极其复杂的生物网络，其机制至今不清。在柑橘幼果脱落过程中，乙烯发挥着核心作用。因此，以乙烯为主要对象研究柑橘幼果脱落的分子机制，其结果对于柑橘花果调控具有重要的理论与实践意义。本课题以弄清乙烯在柑橘幼果脱落过程中所发挥的作用为目的展开研究，其结果主要如下：1）建立了研究柑橘幼果脱落的实验体系，使实验便捷、高效，同时提高了数据的可靠性，为后期实验奠定了基础；2）在柑橘幼果脱落过程中，子房的碳水化合物总体呈下降趋势，其中蔗糖下降最为明显，其次是果糖和葡萄糖；3）随着幼果脱落，离层中的IAA显著下降，ABA则相反。其它激素包括ZT，GA3，6-BA也有相应变化但是与脱落的相关性不明显；4）证明乙烯能促进柑橘幼果脱落，而生长素IAA能抑制脱落，IAA可能对乙烯途径起着抑制作用，其机理需探索；5）基于柑橘全基因组，本课题鉴定出了5个ERSs，1个CTRs，1个EIN2s，7个EILs，140个ERFs超家族成员，4个ACOs，7个ACS，47个EG和46个PG基因，通过基因表达分析发现了数个基因与柑橘幼果脱落相关包括ACO1-3，ERS4，EIN2-1，EIN2-2，ERF80，ERF3，ERF34，EG1，EG3，PG29和PG34，将其中部分相关基因转番茄获得了转基因植株，另外选择ERF34与PG29启动子正用酵母单杂技术验证它们之间的互作关系。6）发表SCI学术论文6篇，超额完成了项目任务指标。.综上所述，本课题从分子水平上初步解析了乙烯在柑橘幼果脱落过程中所起的生物作用及其分子生理机制。