矮化密植栽培具有高产、优质和便于机械化操作等优点,是现代果树栽培的发展趋势。与苹果等果树相比,梨缺乏优良的矮化砧木及矮生品种,且对于梨矮化机理的研究也相对滞后。培育优良的梨矮化砧木及矮生品种有利于实现梨树的矮化密植。本研究发现以‘云南榅桲’为基砧(以‘哈代’梨为中间亲和砧)嫁接‘早酥’梨表现出良好的矮化效应。随后从新梢转录组数据中筛选出一个矮生候选基因PbNAC71,并验证了其诱导烟草和‘Oupper extremity infectionsHF-333’梨矮生的功能。本研究进一步解析了PbNAC71调控木质部及导管发育的分子机制,发现PbNAC71蛋白可能受到泛素化修饰,形成了‘PbRNF217-PbNAC71-PbWAT1’的调控模型,为选育梨矮生品种和矮化砧木提供重要的理论依据。主要研究结果如下:1.PbNAC71是生长发育的负调节因子,过表达PbNAC71的烟草和‘OHF-333’梨表现出明显的矮生表型。本研究发现以‘云南榅桲’为基砧,‘哈代’为中间砧嫁接‘早酥’梨(‘早酥’/‘云南榅桲’)具有良好的矮化效应。与嫁接‘杜梨’的‘早酥’梨(‘早酥’/‘杜梨’)相比,‘早酥’/‘云南榅桲’植株高度显著降低,短枝率显著增加,新梢生长受到显著抑制。激素测定结果显示‘早酥’/‘云南榅桲’梨新梢内IAA显著下降,ABA含量显著提高,GA_3含量没有显著变化。在盛花期后20天,TZ含量在‘早酥’/‘云南榅桲’新梢中显著下调。新梢徒手切片观察结果显示嫁接在‘云南榅桲’矮化砧的新梢木Bafilomycin A1使用方法质部面积显著减小。本研究以盛花期后20天的新梢为材料进行转录组测序分析,转录组数据显示有四个NAC家族转录因子显著上调表达。其中,PbNAC71表达差异最大,并且在所有梨矮生种质中显著上调表达。同时,PbNAC71响应生长素和细胞分裂素处理而显著下调表达。因此,将PbNAC71筛选出来作为矮生候选基因。本研究利用转基因技术,获得了过表达PbNAC71的转基因烟草和‘OHF-333’梨。与野生型相比,转基因烟草和‘OHF-333’梨的植株高度都显著降低。这些结果表明PbNAC71是一个调控梨生长发育的负调控因子,过表达PbNAC71能够导致梨出现矮生性状。2.PbNAC71通过结合PbWAT1启动子上的SNBE元件降低其启动子活性,从而抑制木质部及导管发育。石蜡切片观察结果表明转基因植株茎木质部及导管大小显著减小。为了进一步明确PbNAC71调控木质部及导管发育的机理,本研究进一步分析了转录组数据,发现两个次生壁合成相关基因PbWAT1和PbWAT1-related显著差异表达。拟南芥同源基因突变体的表型观察结果表明,只有atwat1突变体植株有明显的矮化表型,因此将PbWAT1筛选出来作为PbNAC71的候选下游靶基因。为了进一步明确PbWAT1的功能,本研究在atwat1突变体中过表达了PbWAT1。试验结果表明PbWAT1Ceralasertib化学结构能恢复atwat1突变体的木质部导管发育,从而增加其植株高度。双荧光素酶试验结果表明PbNAC71能抑制PbWAT1的启动子活性。通过启动子序列分析,在PbWAT1启动子上发现了三个SNBE元件。酵母单杂交、Ch IP-q PCR及EMSA试验明确PbNAC71在体内、体外都能结合PbWAT1启动子上的SNBE元件。这些结果表明,PbNAC71通过结合PbWAT1启动子上的SNBE元件降低其启动子活性。3.PbRNF217能够促进PbNAC71的蛋白泛素化,从而调控木质部及导管发育和植物高度。通过酵母双杂交筛库,筛选到了一个E3泛素连接酶PbRNF217。进一步通过酵母双杂交、双分子荧光互补和Pull-down试验证明PbNAC71在体内、体外都能与PbRNF217蛋白互作。Western blot试验结果表明在PbNAC71与PbRNF217共表达‘杜梨’根系中PbNAC71的蛋白丰度显著降低。基于E3泛素连接酶的功能,我们推测PbRNF217能促进PbNAC71蛋白的泛素化降解。体内泛素化试验及体外蛋白降解试验表明PbRNF217能够促进PbNAC71蛋白依赖于26S蛋白酶体途径的泛素化降解。随后,本研究在过表达PbNAC71的转基因烟草中又过表达了PbRNF217。与单转基因烟草相比,双转基因烟草株高显著增加,Nt WAT1的表达显著上调,木质部及导管大小也明显增大。并且我们还发现MG132处理后,双转基因烟草生长受到显著抑制,Nt WAT1显著下调表达,其木质部及导管大小也显著减小。这些结果表明PbNAC71蛋白的泛素化降解是双转基因烟草株高、木质部大小和导管面积显著增加的主要原因。