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多倍化是植物基因组扩大的方式之一，是植物物种进化的重要驱动力之一，同时也是物种进化过程中的重要事件。截止目前，枣和酸枣基因组大小的分布情况及染色体同加倍后的性状变异尚缺乏系统性的研究。本文研究了流式细胞术估测枣、酸枣倍性和基因组大小的方法，大规模测定了枣和酸枣品种、类型的基因组大小，分析了基因组大小的分布情况及其对果实性状的影响。同时，以冬枣、邢台0604及其同源四倍体日光、珠光为试验材料，首次系统研究了枣和酸枣加倍为四倍体后形态学、细胞学、营养学、转录组、蛋白组的变化，旨在为枣和酸枣的多倍体诱变育种和多倍体利用提供重要理论基础。主要研究结果如下:
1.研究建立起流式细胞术测定枣基因组大小的高效方法。选取幼嫩叶片50mg左右，放入4℃预冷的培养皿中，加入1mL的Tris-MgCl2裂解液，用双面剃须刀片迅速切碎，稍后再加入1mLTris-MgC12裂解液，常温下静置1min，将混合液用400目滤膜过滤到3mL测试管中，加入30μLPI染液(1 mg/mL)及1μLRNase(10 mg/mL)，混匀后置于4℃冰箱避光染色30min，染色后利用德国Partec公司Cube8型流式细胞仪进行检测，收集5000～10000个颗粒。该方法能准确估测枣和酸枣基因组大小，并能在1天内完成200个样品的测定，也适用于毛果杨、葡萄、梨、大白菜等植物。
2.利用上述建立的流式细胞术，首次大规模测定了枣品种(301个)和酸枣类型(81个)的基因组大小，同时测定了243个枣品种的10个果实性状(单果重、纵径、横径、体积大小及总酸、总糖、单糖、二糖、可溶性固形物和抗坏血酸含量)。枣品种的基因组大小范围为300.77-640.94Mb，其中最大的三个品种为三倍体(赞皇大枣、赞新大枣、晋赞大枣)，平均408.54Mb;基因组大小与地理分布有一定关系，基因组超过400Mb的品种集中在中国传统产枣省份，如河北、山西、陕西等;基因组大小与果实大小、纵径、横径和单果重显著正相关(P值＜0.05)。酸枣基因组分布在346.93-489.44Mb，平均423.55Mb、比枣的大15Mb。这说明在野生酸枣向栽培枣的驯化过程中基因组大小的多样性更高但整体上发生了基因组收缩。
3.首次系统比较了枣和酸枣二倍体与其同源四倍体的形态学、细胞学和营养学差异。与其二倍体相比，日光和珠光表现出较慢的生长速度和明显的矮化特征，叶片绿色加深，叶片、气孔、花粉、花、果实变的更大;叶片叶绿素含量和光合作用均明显提高;日光果实的抗坏血酸(Vc)、cAMP、可溶性糖、可滴定酸、蔗糖、葡萄糖、果糖含量均显著高于其二倍体冬枣，珠光果实的cAMP、蔗糖含量高于邢台0604，但抗坏血酸、葡萄糖、果糖含量均显著低于邢台0604。
4.首次开展了枣和酸枣染色体加倍后果实不同发育阶段的转录组比较分析，发现在果实不同发育期差异基因数有很大不同。四倍体日光与其二倍体冬枣在全红期的差异基因数最多(1547);对果实发育期差异基因进行GO富集分析表明，碳水化合物代谢过程、有机酸代谢过程、次生代谢过程、生物跨膜转运ATP酶活性、葡糖基转移酶活性、细胞壁、液泡等项富集显著;对果实发育期差异基因进行GO富集分析表明KEGGpathway富集分析发现，光合作用相关蛋白质、转运体、类黄酮生物合成、光合组织碳固定等代谢途径富集显著。四倍体珠光与其二倍体亲本邢台0604在幼果期、白熟期、半红期和全红期的差异基因数分别为767、441、369和39，在幼果期下调表达的基因数量明显高于上调表达基因，而在其他三个时期上调和下调基因数差异不大。GO和KEGGpathway分析表明，在果实不同发育时期富集到的GOterm和代谢通路存在很大的不同。在日光与冬枣、珠光与邢台0604中分别筛选出9个和5个候选基因，候选基因FPKM值与实时定量的相对表达值的表达模式基本一致，表明了转录组数据的可靠性。
5.首次分析了枣和酸枣染色体加倍后的蛋白组变化。日光和冬枣果实全红期，共鉴定到蛋白5358个，其中差异显著的蛋白312个，显著上调的131个，显著下调的181个;GO富集分析发现，日光与其二倍体冬枣相比，在催化活性、离子结合、核糖核苷酸结合、小分子代谢过程、小分子生物合成过程等项富集显著;KEGGpathway富集分析表明，日光与冬枣相比，在伴侣和折叠催化剂、氧化磷酸化、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成等代谢途径富集显著。珠光和邢台0604果实全红期，共鉴定到蛋白6422个，其中差异显著的蛋白809个，显著上调的667个，显著下调的142个;对差异蛋白进行GO富集分析表明，结构分子活性、信号序列结合、细胞质基质、细胞内部、蛋白质对细胞器定位的建立、细胞核导入、细胞内蛋白质的运输等项富集显著;KEGGpathway分析发现，RNA转运、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、酪氨酸代谢等代谢途径富集显著。
6.整合果实转录组和表型数据发现，冬枣染色体加倍后，引起蔗糖、果糖、Vc、细胞分裂素和乙烯代谢通路上关键基因的高表达，可能与日光果实蔗糖、果糖、Vc含量及单果重高于冬枣、而成熟期早于冬枣有关;邢台0604染色体加倍后，蔗糖合成代谢通路上关键基因高表达，珠光Vc合成代谢通路关键基因低表达、分解代谢通路关键基因高表达，可能导致了珠光蔗糖含量高于邢台0604、而Vc含量明显低于邢台0604。
1.研究建立起流式细胞术测定枣基因组大小的高效方法。选取幼嫩叶片50mg左右，放入4℃预冷的培养皿中，加入1mL的Tris-MgCl2裂解液，用双面剃须刀片迅速切碎，稍后再加入1mLTris-MgC12裂解液，常温下静置1min，将混合液用400目滤膜过滤到3mL测试管中，加入30μLPI染液(1 mg/mL)及1μLRNase(10 mg/mL)，混匀后置于4℃冰箱避光染色30min，染色后利用德国Partec公司Cube8型流式细胞仪进行检测，收集5000～10000个颗粒。该方法能准确估测枣和酸枣基因组大小，并能在1天内完成200个样品的测定，也适用于毛果杨、葡萄、梨、大白菜等植物。
2.利用上述建立的流式细胞术，首次大规模测定了枣品种(301个)和酸枣类型(81个)的基因组大小，同时测定了243个枣品种的10个果实性状(单果重、纵径、横径、体积大小及总酸、总糖、单糖、二糖、可溶性固形物和抗坏血酸含量)。枣品种的基因组大小范围为300.77-640.94Mb，其中最大的三个品种为三倍体(赞皇大枣、赞新大枣、晋赞大枣)，平均408.54Mb;基因组大小与地理分布有一定关系，基因组超过400Mb的品种集中在中国传统产枣省份，如河北、山西、陕西等;基因组大小与果实大小、纵径、横径和单果重显著正相关(P值＜0.05)。酸枣基因组分布在346.93-489.44Mb，平均423.55Mb、比枣的大15Mb。这说明在野生酸枣向栽培枣的驯化过程中基因组大小的多样性更高但整体上发生了基因组收缩。
3.首次系统比较了枣和酸枣二倍体与其同源四倍体的形态学、细胞学和营养学差异。与其二倍体相比，日光和珠光表现出较慢的生长速度和明显的矮化特征，叶片绿色加深，叶片、气孔、花粉、花、果实变的更大;叶片叶绿素含量和光合作用均明显提高;日光果实的抗坏血酸(Vc)、cAMP、可溶性糖、可滴定酸、蔗糖、葡萄糖、果糖含量均显著高于其二倍体冬枣，珠光果实的cAMP、蔗糖含量高于邢台0604，但抗坏血酸、葡萄糖、果糖含量均显著低于邢台0604。
4.首次开展了枣和酸枣染色体加倍后果实不同发育阶段的转录组比较分析，发现在果实不同发育期差异基因数有很大不同。四倍体日光与其二倍体冬枣在全红期的差异基因数最多(1547);对果实发育期差异基因进行GO富集分析表明，碳水化合物代谢过程、有机酸代谢过程、次生代谢过程、生物跨膜转运ATP酶活性、葡糖基转移酶活性、细胞壁、液泡等项富集显著;对果实发育期差异基因进行GO富集分析表明KEGGpathway富集分析发现，光合作用相关蛋白质、转运体、类黄酮生物合成、光合组织碳固定等代谢途径富集显著。四倍体珠光与其二倍体亲本邢台0604在幼果期、白熟期、半红期和全红期的差异基因数分别为767、441、369和39，在幼果期下调表达的基因数量明显高于上调表达基因，而在其他三个时期上调和下调基因数差异不大。GO和KEGGpathway分析表明，在果实不同发育时期富集到的GOterm和代谢通路存在很大的不同。在日光与冬枣、珠光与邢台0604中分别筛选出9个和5个候选基因，候选基因FPKM值与实时定量的相对表达值的表达模式基本一致，表明了转录组数据的可靠性。
5.首次分析了枣和酸枣染色体加倍后的蛋白组变化。日光和冬枣果实全红期，共鉴定到蛋白5358个，其中差异显著的蛋白312个，显著上调的131个，显著下调的181个;GO富集分析发现，日光与其二倍体冬枣相比，在催化活性、离子结合、核糖核苷酸结合、小分子代谢过程、小分子生物合成过程等项富集显著;KEGGpathway富集分析表明，日光与冬枣相比，在伴侣和折叠催化剂、氧化磷酸化、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成等代谢途径富集显著。珠光和邢台0604果实全红期，共鉴定到蛋白6422个，其中差异显著的蛋白809个，显著上调的667个，显著下调的142个;对差异蛋白进行GO富集分析表明，结构分子活性、信号序列结合、细胞质基质、细胞内部、蛋白质对细胞器定位的建立、细胞核导入、细胞内蛋白质的运输等项富集显著;KEGGpathway分析发现，RNA转运、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、酪氨酸代谢等代谢途径富集显著。
6.整合果实转录组和表型数据发现，冬枣染色体加倍后，引起蔗糖、果糖、Vc、细胞分裂素和乙烯代谢通路上关键基因的高表达，可能与日光果实蔗糖、果糖、Vc含量及单果重高于冬枣、而成熟期早于冬枣有关;邢台0604染色体加倍后，蔗糖合成代谢通路上关键基因高表达，珠光Vc合成代谢通路关键基因低表达、分解代谢通路关键基因高表达，可能导致了珠光蔗糖含量高于邢台0604、而Vc含量明显低于邢台0604。