综述:果树作物:发育、胁迫韧性与分子育种

【字体: 时间:2025年09月28日 来源:Molecular Breeding 3

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  本综述系统探讨了果树发育生物学(开花转变、果实发育)、非生物胁迫(盐碱、低温)与生物胁迫(柑橘黄龙病HLB、溃疡病)的分子机制,并展示了分子育种(QTL定位、CRISPR/Cas9基因编辑、KASP标记)在提升果实品质和抗逆性中的应用前景,为果树精准育种提供理论支撑。

  

发育生物学

果树的开花转变、果实发育和叶绿体形成等发育过程是决定产量的关键因素。da Silva Linge等(2025)针对桃果实因短果梗导致的机械损伤问题,通过多年度QTL定位鉴定出9个控制果梗长度(PL)的数量性状位点,其中LG6上一个稳定位点可解释63%的表型变异。该区间内的GH3和ERF等候选基因表明,激素调控和细胞扩张是驱动果梗伸长的核心机制。
在香蕉中,Zhao等(2025)发现MaGA20ox2f基因(水稻“绿色革命”基因OsSD1的同源物)是调控开花和产量的关键因子。CRISPR突变体表现为开花延迟和75%以上的产量损失,果实中生物活性GA1含量降低。功能缺失还导致叶绿体功能受损,光合蛋白(如RuBisco)表达下调和叶绿素减少,揭示了赤霉素代谢与光合作用的协同调控机制。
苹果中NF-Y转录因子家族的系统分析揭示了MdNF-YB18在开花诱导中的作用(Gao等,2024)。该蛋白定位于细胞核,与MdNF-YC3/7及MdCOLs互作,直接激活开花整合因子MdFT1。转基因拟南芥实验证明其促进开花,且与MdNF-YC3/7协同增强MdFT1表达。值得注意的是,MdNF-YB18可独立结合MdFT1启动子,表明其具有独特的调控途径。
苹果果实大小差异主要源于早期中果皮细胞分裂而非细胞扩张(Tian等,2024)。通过种间杂交群体(Malus asiatica × M. domestica),发现生长素响应基因MdSAUR36负调控细胞分裂。启动区InDels和非同义SNP(G379T)导致Malus asiatica中启动子活性降低和细胞增殖抑制。转基因愈伤组织验证表明,过表达MdSAUR36抑制细胞分裂,而RNAi则促进分裂,为野生种抗性导入而不牺牲果型提供了育种策略。
柑橘幼嫩组织(叶、花、果皮)的花青素着色机制由CitWRKY75调控(Lu等,2024)。其表达模式与红色素积累高度一致,且能直接结合花青素激活因子CitRuby1的启动子,表明该基因可作为遗传改良花青素沉积的靶点。

生物与非生物胁迫

土壤盐碱化是苹果生产的重大威胁。Fan等(2025)发现过表达MdHYL1显著增强M9-T337砧木的耐盐碱性。转基因植株生长改善,Na+/K+比降低,膜损伤减轻,光合和抗氧化能力提升。作为砧木时还能提高接穗的抗逆性,表明MdHYL1是抗性砧木育种的关键靶点。
柑橘黄龙病(HLB)和溃疡病是全球柑橘产业的毁灭性病害。Yang等(2024)综述了CLas病原体的毒力因子和柑橘宿主的防御策略,包括靶向CLas的抗菌肽、代谢物和化学制剂筛选。Li等(2025)发现纤维素酶基因CsCEL20是柑橘溃疡病(Xanthomonas citri subsp. citri, Xcc)的关键易感因子,其启动子区SNP变异影响抗性。
苹果轮纹病(Botryosphaeria dothidea)抗性研究揭示MdABCI17(ABC超家族成员)通过JA信号通路正调控抗病性(Xiang等,2024)。过表达MdABCI17显著增强抗性,并提出其与JA信号形成正反馈循环,为ABC蛋白在抗病中的作用提供了新视角。
全球变暖背景下,低温需求机制成为研究重点。Zhang等(2024)综述了低温积累对芽解除休眠的影响,提出了落叶果树芽内休眠的调控模型。梨中冷激蛋白(CSPs)家族鉴定出22个成员,其中花粉管特异性表达的PbrCSP1被证实调控正常和低温条件下的花粉管生长(Zhu等,2024),为增强生殖抗冷性提供了靶点。

分子育种

基因组技术如标记辅助选择(MAS)和基因编辑正加速果树育种。Xiao等(2024)开发了苹果脆质性的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记。表型分析表明脆质与机械特性、含水量和细胞大小密切相关,BSA-seq鉴定出相关QTLs和SNPs,并转化为实用分子标记。
番茄中CRISPR/Cas9敲除SlIAA9获得单叶和单性结实品系(Nguyen等,2024),人工授粉可诱导其结籽,为单性结实种质保存提供了方案。柑橘二倍-四倍体细胞嵌合体DL-1(Orah品种突变体)通过自交可产生三倍体(18.28%)和四倍体(73.12%)后代(Dang等,2024),展示了多倍体育种新途径。
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