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研究成果

Environmental and Experimental Botany—张才喜团队在甜樱桃果实“双胞胎”形成机理上取得重要进展

发布时间:2022-07-19 

研究背景

水果生产中“双胞胎”果实又叫“双子果(double fruit)”,属于畸形果和残次果。甜樱桃生产中,“双子果”的出现是生产中的四大生产难题之一。“双子果”影响果实外观及商品价值,严重阻碍了设施大棚生产以及暖温地区的高效生产。前期研究发现,在6月至8月期间的高温胁迫可导致果树出现“双子果”,而恰恰此期间为甜樱桃花芽分化的关键时期,且与高温和品种的差异密切相关。目前为止,甜樱桃花芽发育响应高温胁迫,形成双雌蕊及最终表现为“双子果”的分子机制尚不清晰。

近日,上海交通大学核果类栽培与育种研究室张才喜团队在Environmental and Experimental Botany上发表了题为“FRUITFULL is involved in double fruit formation at high temperature in sweet cherry”的研究论文。该研究分析了未来的气候变化及不同气候条件下的“双子果”的发生率,探讨PavFUL基因与“双子果”形成的机理。本研究为探索果树“双子果”形成的分子机制以及选育适合高温栽培条件的品种奠定了理论基础。

 

研究结果   

前人研究发现,甜樱桃花芽分化期空气温度在25°C时,花中几乎很少形成双雌蕊,而一旦达到30°C以上双雌蕊数量开始显著增加,在35°C时发现大量的双雌蕊。研究团队首先对中国主要甜樱桃种植区(5个站点:营口、烟台、秦皇岛、铜川和成都)和暖地参考区(上海)的历史和未来的气候变化(6月至9月)进行了分析与预测。根据观测和预测的日最高温度发现,6月至9月花芽分化期间,各观测点超过30℃/35℃的每月高温天数、持续时间和强度显著增加,上海等南方地区更为明显。预计未来高温风险将增加,“双子果”现象会更加严重,需要及时研发新品种和新技术加以应对。

为了探索甜樱桃中双雌蕊形成机制,研究团队使用石蜡切片和电子显微镜扫描检测了花芽,花原基在不同温度条件下可以分化成单个雌蕊(正常雌蕊)或两个雌蕊(异常雌蕊)。甜樱桃品种“美早”在上海设施栽培条件下的双雌蕊率约为86%,而其他五个甜樱桃主要产区双雌蕊率低于10%。2020年7月1日至9月15日,上海有64天为30°C以上,35°C以上为54天,表明花芽分化时期都在高温条件下。

众所周知,MADS-box基因家族的成员参与了花芽分化的调节。为了进一步证实PavFUL在花芽分化中的作用,首先在拟南芥上异源表达“PavFUL”基因,产生了双子果或多子果的表型。然后在STRING数据库预测了PavFUL和其他蛋白质的功能相互作用网络,并用酵母双杂交(Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)实验验证了PavFUL与PavLFY、PavSOC1、PavAP1、PavSEP1之间的互作关系,共同参与花芽分化进程。

 

现在及未来预防措施

目前,在花芽分化期通过人工遮阳,降低最高气温,可以减少双雌蕊的发生。遮阳+雾化处理在降低温度和双雌蕊形成方面显示出更有效的结果。此外,GA3和GA3+N(氮)组合应用也能减少“双子果”的形成。研究组正在探索未来通过物理和化学方法抑制FUL表达,以减少“双子果”发生的技术,同时,FUL基因可作为分子标记用于筛选出实生苗,选育低双子果率的品种。团队2021年育成审定了对高温不敏感、双子果率极低的“丽晶”和“锦晶”樱桃品种。

上海交通大学万博manbetx网页版在线登录张才喜教授为本文的通讯作者,王继源博后和孙菀霞博士为本文的共同作者。该研究得到国家现代农业(桃)产业技术体系岗位科学家项目和国家自然科学青年基金项目的资助。

 

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2022.104986

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