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苹果果锈是一种非侵染性生理病害,在我国多数苹果产区和多数主栽品种中均有发生,对苹果的产量以及品质造成严重影响。目前,对苹果果实套袋是防止果锈发生的有效措施之一,但该措施不利于我国苹果产业的可持续发展。开展苹果中参与果锈形成的关键基因挖掘及其功能研究工作,对于进一步创制无锈苹果新种质具有重要意义。前人研究结果表明,果锈的发生与木质素和木栓质的积累有关,并且筛选得到一些调控木栓质生物合成的转录因子,但对于果锈中调控木质素生物合成的转录因子还未见报道。本研究以花后30 d、60 d和150 d的套袋和非套袋‘金冠’苹果为试材,利用组织学、转录组学、蛋白质组学以及关联分析,并且针对筛选得到的调控木质素生物合成的转录因子进行功能验证,得出的主要研究结果如下:1.组织学分析结果表明,套袋‘金冠’无果锈产生,而非套袋‘金冠’苹果在花后30 d时果皮开始形成微裂隙,表皮细胞开始破裂;在花后60 d时微裂隙进一步加深,形成“V”型裂痕,果锈组分开始积累;在花后150 d时“V”型裂缝变得更长、更深,果锈成分大量沉积。2.转录组数据分析显示,三个时期共有的DEGs为273个,其中有77个上调表达,196个下调表达。KEGG富集结果显示,具有通路注释的DEGs 114个,包含72个通路,各通路中DEGs参与数量较多的代谢通路为苯丙素生物合成。蛋白质组数据显示,本研究共筛选得到1,293个DEPs,其中上调DEPs 447个,下调DEPs 846个,三个时期共有的DEPs为20个,且均为下调表达蛋白。对所有的DEPs进行pathway功能注释,结果表明,大部分的DEPs注释到代谢通路、次生物质生物合成和碳代谢等途径。3.共有10,964个基因和蛋白得到关联,其中差异表达的有119个。对这119个DEPs和DEGs进行KEGG pathway富集分析,结果显示其中的52个DEPs/DEGs被注释到10个KEGG通路,包括代谢途径、次生代谢产物的生物合成、苯丙素生物合成途径等。其中苯丙素生物合成途径的4个DEGs,如过氧化物酶(PRX,MD17G1092400和MD03G1059200)、肉桂醇脱氢酶(CAD9,MD08G1009200)、莽草酸-羟基肉桂基转移酶(HCT,MD17G1225100)可能直接参与木质素的生物合成,进而导致果锈的形成。构建的蛋白互作图表明,AtLIM1转录因子的同源基因(MD15G1068200)参与了木质素生物合成相关基因的调控,并且直接作用于催化木质素单体生成的最后一步的关键酶CAD9,说明LIM转录因子参与了木质素代谢过程。4.利用苹果GDR数据库和双子叶PLAZA数据库对苹果LIM家族基因进行鉴定。通过全基因组分析,共鉴定得到11个苹果LIM家族基因,定位到苹果7条染色体上,并根据其在染色体上的位置进行命名MdLIM1—MdLIM11。进化树分析发现MdLIM11(MD15G1068200)与NtLIM1聚为一类,而NtLIM1已被证明直接调控木质素合成途径相关基因的表达。qRT-PCR结果表明,MdLIM11在无锈果实上的表达量均显著高于带锈果实的,表明MdLIM11转录因子可能在苹果果锈的形成中起关键作用。5.MdLIM11的功能研究结果表明,MdLIM11蛋白定位于细胞质和细胞核,具有结合MdPAL启动子的能力,并且能够特异地结合PAL-box,对MdPAL的表达起抑制作用。过表达MdLIM11的拟南芥植株中PAL和POD酶活性下降,木质素生物合成相关基因PAL、C4H、HCT、CAD和POD的表达量显著下降,并且木质素途径小分子代谢物香豆醛、松柏醛、松柏醇、芥子醛和芥子醇的含量显著下降。综上所述,通过转录组、蛋白质组及其关联分析研究,筛选得到一个苹果果锈形成相关的MdLIM11转录因子,MdLIM11通过与PAL-box结合,负调控木质素生物合成途径相关基因的表达、酶活性以及小分子代谢物的含量。本论文从木质素生物合成的角度解析苹果果锈形成的分子机制,为无锈苹果新种质的创制提供了理论参考。