研究背景
果实形状和大小是梨产业中的关键经济因素，合适的果实大小和相似的果实形状有利于机械采收。果实大小和形状受多种激素调节，如吲哚-3-乙酸（IAA）、赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、细胞分裂素、乙烯等。赤霉素在调节果实大小方面发挥着重要的作用，但是其详细的调控机制尚不清楚。本研究在“丰水”梨盛花期施用外源赤霉素涂抹果柄，从生理学、细胞学和分子层面探究了外源GA对梨果实发育的调控机制。使用RNA-Seq分析获得了外源GA处理后的差异表达基因，并对梨中TRM基因进行了比较全面的鉴定，并特别关注了PyTRM112在生长过程中的功能。我们的研究结果将为进一步揭示TRM家族基因的功能奠定了基础。
研究结果
1）GA对梨果实生长发育的影响
GA处理组的梨果在处理后第4、8、12、16、20、24、28、38、53、68、83、98、113和128天的单果重（Fw）显著增加，并一直高于对照组，表明GA在提高果实大小方面具有积极的调节作用。GA处理后梨果的果形指数始终高于对照组，表明GA可能通过调节果实纵向伸长，从而调控果实形状。此外，处理后第128天，GA处理组的果实硬度显著低于对照组，但含糖量显著高于对照组。
图1 不同处理后的梨果实生理状态
2）GA处理后果实的转录组分析
选择处理后第12和28天的对照组和GA处理组的12个果肉样本进行转录组测序。RNA-Seq分析显示外源GA处理后共产生了2,140个差异表达基因。KEGG富集分析显示，与FH12相比，FG412中差异表达的214个DEGs富集在72个通路。同样，与FH28相比，FG428中差异表达的378个DEGs富集在91个通路。
图2 GA处理后第12和28天的果实样本的转录组测序。
3）与GA通路或果实发育相关的DEGs
分析参与GA途径的DEGs的转录水平，发现它们在外源GA处理后的表达模式并不相同。与FH12相比，FG412中PyTPS（Pbr007759.1）、PyKO（Pbr020036.1）和PyGA2ox-8-like（Pbr033736.1）的转录水平被上调。相反，与FH12相比，FG412中PyCPS（Pbr008960.1、Pbr036558.1和Pbr012956.1）、PyGA20ox-2-like（Pbr009111.1）和PyGA2ox-8-like（Pbr032429.1）的表达下调。此外，我们还分析了13个与细胞生长和扩增相关的差异表达基因的转录水平。结果表明，GA或可通过改变这些基因的转录水平，从而调控果实发育。
图3 梨果肉中与GA生物路径相关的差异表达基因的热图
4）梨TRM家族基因鉴定
结果显示，在梨基因组中共鉴定到50个TRM基因，这些基因可分为3个亚家族。预测PyTRM蛋白可能定位于细胞核、叶绿体和线粒体。这意味着PyTRM可以在不同的细胞位置发挥作用，从而参与各种生物过程的调节。
5）梨TRM家族基因表达模式分析
在50个PyTRM基因中，9个PyTRM基因在所有的转录组样品中均有表达（FPKM > 0）。值得注意的是，GA处理后PyTRM13-2、PyTRM13-1A和PyTRM112的转录水平较高。其中，qRT-PCR表明PyTRM112在GA处理后第12天的果肉样品中表达量最高。一般来说，基因表达水平的变化先于生理表型的变化。鉴于GA处理组中PyTRM112的表达水平显著高于对照组，因此推测PyTRM112在梨果发育中扮演了重要角色。共鉴定出8个PyTRM112基因，选择GA处理后表达水平最高的PyTRM112的进行后续研究。
6）过表达梨PyTRM112促进拟南芥的生长发育
利用农杆菌介导的转化法获得PyTRM112过表达拟南芥T3转基因株系。与Col-0株系相比，PyTRM112过表达株系植株高度显著增加；果荚数量更高；果荚的纵径和横径的比值更大；植株的开花时间提前。这些结果表明，PyTRM112基因的过表达促进了拟南芥的生长发育。此外，预测了可能与PyTRM112相互作用的蛋白质，意味着PyTRM112可能与其他蛋白质相互作用以调节梨的生长和发育。
7）结论：
本研究在梨盛花期对果柄涂抹GA，通过转录组测序获得差异表达基因。对梨的TRM家族基因进行鉴定，共鉴定到50个TRM基因；其中PyTRM112在外源GA处理后第12天表达水平最高。随后将PyTRM112转化到模式植物拟南芥中，解析了梨PyTRM112基因功能，结果显示，过表达PyTRM112，能增加拟南芥植株高度、提前开花时间并促进果荚的生长。研究结果对深入研究TRM基因在梨的果实生长发育的功能提供了重要线索。
上海交通大学核果类栽培与育种创新团队张才喜课题组完成了此项工作，张才喜教授为论文的通讯作者，博士生刘勋菊为论文第一作者，该项目得到了上海市农业应用技术发展计划（2022-02-08-00-12F01120）、浦东新区农业技术推广服务中心财政专项资金（NJZX23-08-02）资助。
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About Scientia Horticulturae
Scientia Horticulturae属农林科学Top期刊，由Elsevier出版社出版，发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关（栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文，综述和短讯等。CiteScore：8.6 ,期刊影响因子：4.342。2023年中科院期刊分区，中科院大类：农林科学2区，Top期刊；中科院小类：园艺2区。JCR分区：Q1 （6/115 Horticulture）。
