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荔枝(Litchi chinensis Sonn.)属于无患子科(Sapindaceae)荔枝属(Litchi)原产于我国南部,广东省是荔枝的主要产区,其荔枝栽培面积和产量居全国首位。当前荔枝生产存在的主要问题是荔枝生理落果严重是导致荔枝花而不实,或大小年结果的主要原因之一,这严重限制了荔枝的产业的发展,因而解决荔枝幼果脱落的问题十分重要,同时也很有实际意义。本文以‘库林’荔枝为试材,在花后35d进行结果母枝环剥去叶处理,比较了离区和果皮中与乙烯相关基因(Lc-ACS、Lc-ACO、Lc-ERS、Lc-ETR、Lc-CTR)、生长素相关基因(Lc-Aux/IAA、Lc-GH3-1、Lc-SAUR、Lc-ARF1、Lc-ARF2)、脱落酸相关基因(Lc-ASR、Lc-ARP)和细胞壁水解酶相关基因(Lc-PG5、Lc-EG1、Lc-EG14)等15个基因在处理和对照中表达的变化趋势,以此结果初步总结出了环剥去叶处理诱导荔枝幼果脱落的分子机理。主要研究结果如下:
1.首次在荔枝上克隆出ACS和ACO基因全长cDNA序列并克隆出了ASR基因的全长cDNA序列。
2.田间试验表明,环剥去叶处理可以加速荔枝幼果的脱落,处理后4d内的累积落果率达到90%显著高于对照(34%)。
3.环剥去叶处理后的荔枝幼果乙烯释放量远远高于对照中的释放量。
4.环剥去叶处理后Lc-ACS、Lc-ACO基因的表达量在离区和果皮中都明显上调,而Lc-ERS基因的表达量在离区和果皮中都明显下调,而离区和果皮中Lc-ETR、Lc-CTR基因在处理和对照中的表达差异不明显,从而推测Lc-ACS、Lc-ACO和Lc-ERS等基因是乙烯代谢途径中调控荔枝幼果脱落的关键基因。
5.环剥去叶处理后Lc-SAUR、Lc-GH3-1基因的表达量在离区和果皮中都明显上调,而Lc-ARF1基因的表达量在离区和果皮中都明显下调,而离区和果皮中Lc-Aux/IAA和Lc-ARF2基因在处理和对照中的表达差异不明显,从而推测Lc-SAUR、Lc-GH3-1和Lc-ARF1等基因是生长素代谢途径中调控荔枝幼果脱落的关键基因。
6.环剥去叶处理后Lc-ASR和Lc-ARP基因的表达量在离区和果皮中都明显上调,从而推测Lc-ASR和Lc-ARP基因是脱落酸代谢途径中调控荔枝幼果脱落的关键基因。
7.环剥去叶处理后Lc-PG5和Lc-EG14基因的表达量在离区中明显上调,而Lc-EG14基因在果皮中为下调,Lc-EG1基因在离区中为下调但在果皮中的表达无差异,从而推测Lc-PG5和Lc-EG14基因是细胞壁水解酶代谢途径中调控荔枝幼果脱落的关键基因。
8.环剥去叶处理诱导荔枝幼果脱落的分子机理可归纳为:环剥去叶处理使荔枝幼果处于一种饥饿胁迫状态,结果导致果皮和离区与脱落相关基因的表达发生变化,一方面通过调控乙烯和脱落酸相关基因的表达来增加乙烯的释放量,另一方面通过调控生长素相关基因的表达来增加离区组织对乙烯的敏感性,结果导致Lc-PG5和Lc-EG14基因在离区表达量的上调,进而导致离区细胞壁发生破碎,最后导致荔枝幼果脱落。