香梨石细胞发育与过氧化物酶表达特性研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.1 意义及应用前景

‘库尔勒香梨’是目前重点发展的栽培品种之一，主产于新疆库尔勒市和阿克苏等地，是新疆特有的品种，以其独特的风味和浓烈的香气而著名。‘库尔勒香梨’果实外观畸形，果皮粗糙，果心大，石细胞多，都是影响‘库尔勒香梨’果实品质和风味的重要因素。而石细胞是由木质素在细胞壁沉积而形成的，是影响梨果实品质风味的关键因素之一，植物细胞的木质化过程主要包括木质素单体的合成、单体的转运和氧化聚合三个步骤，每一步骤都由多种酶及其相应的基因进行调控,过氧化物酶（pod）和肉桂醇脱氢酶(cad)在木质素合成和代谢过程中起到关键性作用。本研究将从梨果实内木质素合成角度，围绕pod和cad在木质素合成中的作用这一科学问题，以新疆‘库尔勒香梨’为研究材料，通过对pod和cad基因家族生物信息学分析，包括进化树、基因结构、保守motifs结构、染色体定位、基因复制以及共线性分析，分析果实发育过程中石细胞和木质素含量变化，结合转录组数据及荧光定量pcr，筛选出可能参与梨木质素合成的pod和cad基因，并使用pcr扩增候选基因并构建到超表达载体pcambia1300上，使用瞬时侵染拟南芥观察候选基因的亚细胞定位，并侵染拟南芥探索候选基因的功能，最终初步探索pod和cad基因在梨果实木质素合成中的作用。为改善‘库尔勒香梨’果实品质、提高其市场价值提供理论基础。

1.2 国内外研究概况

2. 研究的基本内容和问题

本研究将从梨果实内木质素合成角度，围绕POD和CAD在木质素合成中的作用这一科学问题，以新疆‘库尔勒香梨’为研究材料，通过对POD和CAD基因家族生物信息学分析，包括进化树、基因结构、保守motifs结构、染色体定位、基因复制以及共线性分析，分析果实发育过程中石细胞和木质素含量变化，结合转录组数据及荧光定量PCR，筛选出可能参与梨木质素合成的POD和CAD基因，并使用PCR扩增候选基因并构建到超表达载体pCAMBIA1300上，使用瞬时侵染拟南芥观察候选基因的亚细胞定位，并侵染拟南芥探索候选基因的功能，最终初步探索POD和CAD基因在梨果实木质素合成中的作用。

3. 研究的方法与方案

3.1实验方案：

为了筛选出可能参与梨木质素合成的pod和cad基因，初步探索pod和cad基因功能，以我国主栽且经济价值较高的特色梨品种“库尔勒香梨”为材料，取不同发育时期果实为实验材料，拟开展如下研究：

4. 研究创新点

4.1研究对象特殊、技术体系成熟

石细胞是梨特有的，导致其果实品质低劣的特异性状，特别是栽培面积不断扩大，栽培历史已有1300多年历史的新疆品种‘库尔勒香梨’，问题较为突出，果实发育过程中，石细胞含量呈先上升后下降趋势，最大值出现在花后50 d，为20.22%。随后，石细胞含量随着果实的膨大迅速下降；到花后120 d，石细胞含量降低到3.37%。我们针对石细胞这一特殊的品质问题，围绕‘库尔勒香梨’开展了研究工作明确石细胞由木质素沉积而形成的本质后，关于石细胞的研究深入转向木质素代谢方向。已经建立了比较完整、系统的理论体系。

4.2引入氧化物酶（pod）和肉桂醇脱氢酶(cad)参与木质素合成和代谢过程概念研究石细胞问题

5. 研究计划与进展

2019年8月1日至2019年10月31日 ：从梨果实内木质素合成角度，围绕pod和cad在木质素合成中的作用这一科学问题，以新疆‘库尔勒香梨’为研究材料，通过对pod和cad基因家族生物信息学分析，包括进化树、基因结构、保守motifs结构、染色体定位、基因复制以及共线性分析，分析果实发育过程中石细胞和木质素含量变化，结合转录组数据及荧光定量pcr，筛选出可能参与梨木质素合成的pod和cad基因；

2019年11月中旬 至 2020年1月 ：使用pcr扩增候选基因并构建到超表达载体pcambia1300上，使用瞬时侵染拟南芥观察候选基因的亚细胞定位，并侵染拟南芥探索候选基因的功能，最终初步探索pod和cad基因在梨果实木质素合成中的作用。