【摘 要】
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单性结实是指子房在缺少授粉或其他刺激的条件下成功发育成为果实的现象。果实正常坐果与发育通常依赖于成功的授粉受精,而授粉受精容易受到不利环境因素影响,进而造成果实产量下降与品质降低。单性结实不仅能够避免因种子发育不良造成减产等一系列问题,而且产生的无籽果实具有口感好、外观佳和货架期长等优点。虽然黄瓜中存在着丰富的单性结实种质资源,但是对单性结实机理认知的不全面限制了它在种质改良上的应用。在前期的黄瓜
【基金项目】
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973计划“黄瓜、番茄果实形成的分子遗传与调控机制(2012CB113904)”; 国家自然科学基金面上项目“黄瓜单性结实主效基因的克隆与功能研究(31672168)”;
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单性结实是指子房在缺少授粉或其他刺激的条件下成功发育成为果实的现象。果实正常坐果与发育通常依赖于成功的授粉受精,而授粉受精容易受到不利环境因素影响,进而造成果实产量下降与品质降低。单性结实不仅能够避免因种子发育不良造成减产等一系列问题,而且产生的无籽果实具有口感好、外观佳和货架期长等优点。虽然黄瓜中存在着丰富的单性结实种质资源,但是对单性结实机理认知的不全面限制了它在种质改良上的应用。在前期的黄瓜种质资源评价工作中,筛选到了一个优异的单性结实自交系材料‘EC1’。为了揭示单性结实分子机理,在此材料的基础上,对不同发育过程的果实进行了生理特征观察和蛋白质组学分析,同时还对生长素受体基因进行了克隆与功能验证。主要结果如下:1.基于iTRAQ技术的黄瓜单性结实分子机理研究统计黄瓜不同发育类型果实开花后0天到开花后6天的生长发育指标,发现‘EC1’天然单性结实果实和‘8419s-1’授粉坐果果实的长度和直径呈线性增长,‘EC1’果实与‘8419s-1’细胞分裂素诱导单性结实果实具有相似的生长曲线,而且‘EC1,果实比‘8419s-1’授粉果实大。此外,‘8419s-1’未授粉果实生长发育停止,形成的败育果实长度与直径数值轻微下降。内源激素含量测定和外源生长素抑制剂处理黄瓜果实发现,‘EC1’天然单性结实果实在开花前1天到开花后3天,其内源激素的含量保持稳定,低于‘8419s-1’授粉果实与‘8419s-1’细胞分裂素处理果实中内源激素的含量,而且‘EC1’果实的单性结实性未受到外源激素抑制剂的干扰。通过iTRAQ技术从‘EC1’天然单性结实果实、‘8419s-1’细胞分裂素诱导单性结实果实、‘8419s-1’授粉发育和未授粉败育果实中鉴定了 683个与果实发育相关的蛋白质。从这些果实发育相关蛋白中筛选了 41个单性结实特异差异表达蛋白,并将这些差异表达蛋白分为天然单性结实特异和细胞分裂素诱导单性结实特异两种类型。qRT-PCR与western blot分析结果表明,在外源激素和外源激素抑制剂处理的黄瓜子房和幼苗中,天然单性结实特异差异表达蛋白表达量没有显著变化,表现出对外源激素和激素抑制剂处理的抗性。综合黄瓜生理特征观察与iTRAQ分析的结果,发现在‘EC1’中存在激素非依赖型单性结实调控和果实败育抑制的机制。2.黄瓜生长素受体基因的克隆和功能验证黄瓜生长素受体基因家族包括CsTIR1和CsAFB2两个基因。利用qRT-PCR技术对CsTIR1和CsAFB2在黄瓜不同组织器官中的表达进行分析,发现两个基因在黄瓜叶片和雌花中的表达量最高,推测黄瓜生长素受体基因可能参与调控黄瓜的叶形态建成与果实发育。为了进一步阐释CsTIR1和CsAFB2的潜在功能,构建了过表达CsTIR1和CsAFB2基因的番茄转基因材料。表型观察发现过表达CsTIR1和CsAFB2株系表现出叶不正常发育、种子萌发活力变化与果实单性结实等性状。此外,利用qRT-PCR技术分析了‘EC1’单性结实果实和‘8419s-1’授粉、未授粉果实发育早期CsmiR393的表达情况。结果发现CsmiR393在‘EC1’单性结实果实发育过程中相对表达量低,且一直保持稳定,然而,在‘8419s-1’果实中,其表达量在果实坐果节点(Odpa)表达剧烈上调。此外,半定量实验检测发现在‘8419s-1’果实开花0天,CsTIR1和CsAFB2的全长转录本被大量的剪切。这些结果暗示了在黄瓜果实发育过程中存在着CsmiR393介导的CsTIR1和CsAFB2的转录后调控事件,同时也说明miR393/TIR1同源模块在调控黄瓜果实坐果和发育过程中起着重要作用。
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