梁美霞，喬緒強，郭笑彤，張洪霞

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柱型蘋果生長特性及Co基因定位研究進展

梁美霞，喬緒強，郭笑彤，張洪霞

（魯東大學農學院，山東煙臺 264025）

柱型蘋果是一類特殊的矮生類型突變體，其樹體矮小、主干粗壯直立、節(jié)間短、短枝多，無需修剪、管理方便，是現(xiàn)代蘋果產業(yè)實現(xiàn)矮化密植栽培獲得高產的優(yōu)良資源。自柱型蘋果產生以來，其獨特樹形的生長特性一直是國內外研究者關注的焦點。當前國內外取得的研究成果主要包括：（1）柱型蘋果的生長發(fā)育與其內源激素含量密切相關。柱型蘋果腋芽中自由態(tài)IAA/總IAA的比值明顯高于普通型。柱型蘋果多發(fā)短枝的原因是頂芽和側芽中玉米素類物質含量較高。柱型蘋果樹體生長矮小原因可能是赤霉素含量低。（2）蘋果的柱形性狀是由顯性基因控制的質量性狀，位點與枝干、分枝、葉片和果實品質等多種性狀連鎖成簇。精細定位于蘋果第10號染色體18.52—19.09 Mb。（3）目前報道的有5個候選基因，其中最有希望的候選基因轉入蘋果和煙草中均表現(xiàn)節(jié)間變短，但是否介入減少側枝和增加短枝的形成需要進一步驗證。由于與植物激素代謝和信號傳導均密切相關，通過RNAi及轉基因等技術驗證的詳細功能，不但可以揭示柱型蘋果獨特樹形生長特性的分子機理，還可以為選育優(yōu)良品質的柱型蘋果提供理論基礎。

柱型蘋果；生長特性；Co基因定位；候選基因挖掘

蘋果矮化密植栽培是世界蘋果生產先進國家普遍采用的栽培模式，也是中國現(xiàn)代蘋果生產的發(fā)展趨勢。生產上主要通過矮化砧木和矮化品種來實現(xiàn)果樹的矮化密植栽培。部分發(fā)達國家矮化蘋果面積已占蘋果栽培總面積的90%以上。而中國矮化栽培尚處于起步階段，矮化栽培占蘋果栽培面積的比例不足5%，中國矮化密植栽培模式推廣緩慢的原因是核心技術掌握不夠，生產條件尚不具備及缺乏優(yōu)良的矮化種質資源等。

樹形是果樹重要的農藝性狀，對于果園的定植密度、機械采收、優(yōu)質高產以及果樹修剪都有至關重要的作用。柱型蘋果是一種特殊的矮生突變體，其特異的樹形特別適于高度密植栽培模式，是實現(xiàn)矮化密植栽培的重要資源，也是選育蘋果矮化新品種的優(yōu)良種質資源。自柱型蘋果產生以來，其獨特樹形生長特性一直是育種者研究的熱點和難點，各國研究者試圖從遺傳、生理、細胞和分子等方面揭示其獨特樹形生長特性的機理，為將來篩選培育優(yōu)異柱型蘋果新品種提供重要的理論依據和技術保障。

1 柱型蘋果的來源及其生物學特性

1.1 柱型蘋果的來源及遺傳育種

柱型蘋果是1961年加拿大種植者在‘旭’蘋果品種上發(fā)現(xiàn)的芽變突變體，是自發(fā)的體細胞突變[1-3]，為了紀念發(fā)現(xiàn)者，這個突變體后來被命名為‘威賽克旭’。由于該突變體生長特別緊湊，主干直立粗壯，節(jié)間短，分枝少，萌芽率高，產生短果枝，因其樹形類似直立的支柱，而稱為柱型蘋果（Columnar apple）。因其樹姿緊湊挺立，猶如跳芭蕾舞的美女，又稱芭蕾蘋果（Ballerina apple）。

自1970年以來，英國東茂林國際園藝研究所用‘威賽克旭’與普通栽培品種進行雜交，育出‘Telamon’‘Tuscan’‘Trajan’‘Maypole’‘Charlotte’等一系列柱型蘋果品種。之后，塞爾維亞、俄羅斯、德國等也相繼開展柱型蘋果育種工作[4-5]。德國獲得了5個柱型品種‘Pomgold’‘Pompink’‘Pomforyou’‘Pomfit’和‘Pomfital’，羅馬尼亞獲得了2個抗黑星病的柱型蘋果品種‘Nicol’和‘Colmar’。中國柱型蘋果的引種和育種研究始于20世紀90年代[6-7]。青島農業(yè)大學已成功選育出‘魯加’系列柱型蘋果新品種[8-9]。中國農業(yè)大學已選育出‘金蕾1號’和‘金蕾2號’兩個柱型蘋果新品種[10]。

經典遺傳學研究證明，蘋果的柱形性狀是由顯性基因控制的質量性狀。柱型蘋果與普通型蘋果品種雜交，雜交后代通常小于50%的植株表現(xiàn)柱型特征[11-15]，這可能是由于修飾基因的影響。商業(yè)上選擇利用的柱型蘋果為的雜合體[16]，兩個柱型蘋果雜交產生的子代中柱型蘋果最多為75%[17-18]。雜交子代中柱型蘋果數量的不足可能是由或與花粉活力、種子和實生苗萌發(fā)相聯(lián)系的基因的負面影響[18]。采用嫁接措施會減少F1子代群體中柱型蘋果的數量[19]，柱型植株數量的減少是嫁接過程中或嫁接后短時間內造成的缺失，當用矮化砧木M9時，這種現(xiàn)象更突出。

控制蘋果柱形生長的基因位點與枝干高度、生長速率、節(jié)間長度、分枝數目、分枝長度等QTL連鎖成簇[20]。與樹形相關的QTL連鎖群定位在第10號染色體的Co區(qū)域。1—3年樹齡蘋果的節(jié)間數量、莖基部直徑的生長量、枝條數量、節(jié)間長度都與有關[21]。蘋果的表型特征比如總生長量的增量，總枝量、枝的長度、節(jié)間長度，主干生長速率和主干高度增產量相關的QTL連鎖群均定位在第10號染色體上[13]。相對于枝條的數量，對枝條長度的影響更強些，這可能是單一基因多效性的作用。另外，位點與葉片的單葉重、葉片厚度、葉片形狀、葉柄長度等QTL也連鎖[22]。

蘋果的樹形特征位點和果實品質性狀（果肉重、果肉維生素C含量、可溶性糖、硬度和酸度）連鎖群定位在第10號染色體的Co區(qū)域[23-24]。第10號染色體上特定區(qū)域可能控制蘋果生長和發(fā)育的許多方面，同時具有多效性，影響著果實的品質。可能與果實品質差緊密連鎖[25]，試圖通過常規(guī)育種打破這種連鎖獲得高品質的柱型蘋果不太可能，只有通過分子育種手段才能獲得品質優(yōu)良的柱型蘋果。

1.2 柱型蘋果生長與結果特性

柱型蘋果生長特性為自然單干型，主干粗壯直立，不需要支撐物，可通過修剪控制其植株高度。主干上著生大量的短枝，節(jié)間短，開花早，定植后2—3年開花，生命周期一般20年，是實施矮化密植栽培的優(yōu)良資源，也是觀賞園林的優(yōu)良樹種[12,26]。

蘋果種子萌發(fā)后2周到2個月，其柱型生長特性就能被識別[18,27]，但是早期的鑒定往往不準確。真正可靠的表型鑒定一般需要2—3年后[19,28]。蘋果表型的分類比較困難，主要原因是缺乏一個清晰明了的分類標準，并且存在不同的生長類型和中間類型[4,19,25,29-30]。

柱型蘋果花期多在4月中下旬，花量很大，花冠白色或淺粉紅色，花期20 d左右，開花的物候期與生產上的主栽品種‘紅富士’‘嘎拉’等相近，因此，生產上可以互為授粉樹[7]。另外，柱型蘋果樹之間也可相互授粉。嫁接時使用的砧木也能影響柱型蘋果的成花率，一般而言，砧木的矮化勢越強，柱型蘋果的成花率越高[31]。柱型蘋果為短果枝結果，坐果率高，平均每個花序坐果數最少2—3個，果實成熟期較早，為中熟品種。由于樹體較小，單株產量低，但果園總體產量很高，這主要靠所有植株的整體產量。

柱型蘋果的生長發(fā)育狀況受砧木影響。不同的砧木能影響其高度、干徑和枝量。矮化砧木M9能有效的控制柱型蘋果的高度和枝量[32]。當使用西府海棠或M7為砧木時，柱型蘋果的新梢與中干的夾角較小，圍繞中干直立生長。當使用M26或M9矮化中間砧時，柱型蘋果很少產生側生新梢[31]。生產上一般用M26和M9中間砧控制側生新梢的產生和樹體高度，促進成花和提早結果。

柱型蘋果的抗寒性和抗旱性較強，這可能與其起源加拿大有關[33]，也可能和其葉片上表皮細胞表面褶皺、氣孔密度高、葉片背面富含大量的表皮毛有關[34]。

柱型蘋果根莖葉的解剖結構與普通型蘋果存在差異。柱型蘋果葉片顏色深綠，葉片厚、邊緣有鋸齒[11,35-36]，葉片的解剖結構與樹體的生長勢密切相關[6,37]。柱型蘋果的總葉面積高于普通型蘋果[38]，葉片總厚度、柵欄組織厚度顯著高于普通型蘋果，每一層內的柵欄組織細胞大小不等，細胞排列相對雜亂，各層細胞之間相互交錯，層與層之間分界線不明顯[34,38-40]。柱型蘋果上表皮細胞表面的褶皺明顯多于普通型蘋果，表皮細胞隆起的高度較高，氣孔密度顯著高于普通型[34]。柱型蘋果根和莖的木質部導管直徑和導管數量均高于普通型蘋果。另外，柱型蘋果葉片、根、莖微觀結構的特征導致其具有較高的凈光合速率和蒸騰速率，產生大量的糖化合物，這也可能是其具有高產特性的主要原因[38]。

1.3 柱型蘋果內源激素特性

1.3.1 生長素 與普通型蘋果相比，柱型蘋果具有很強的頂端優(yōu)勢，因而生長素IAA的含量是重點研究對象。柱型蘋果春梢、夏梢和秋梢中總的IAA含量與普通型蘋果的無明顯差異[40]。而王茂興[41]發(fā)現(xiàn)柱型蘋果早春梢尖內具有較高的IAA。植物中IAA存在形式有自由態(tài)和結合態(tài)兩種。枝條頂端自由態(tài)IAA的含量與果樹樹體的緊湊程度呈正相關。柱型蘋果腋芽中自由態(tài)IAA/總IAA明顯高于普通型蘋果，這是因為其結合態(tài)IAA的含量低[42]。Watanabe等[43-45]發(fā)現(xiàn)柱型蘋果和普通型蘋果側枝（前一年修剪口下形成的枝條）中總的IAA含量沒有明顯差異，但柱型蘋果中心枝IAA含量明顯高于側枝，并且柱型蘋果側枝中總的IAA含量明顯高于普通型蘋果1—2年生側枝中的IAA含量。由于不同的樹齡、取樣樣本數的多少、取樣時期的不同等因素均能導致IAA含量存在嚴重差異，因此，在今后的研究中，加大取樣樣本量、同一樹齡、取樣時期的一致性等都是研究者應該關注的問題。另外，IAA的絕對含量可能并非影響其生長的主要因素，其在樹體內的移動也應該是今后的研究方向。

1.3.2 細胞分裂素 細胞分裂素（CTK）的濃度與蘋果芽的萌發(fā)密切相關。整個年生長周期，柱型蘋果頂芽和側芽中的玉米素類物質明顯高于普通型蘋果[42-44]，這也是柱型蘋果多發(fā)短枝的原因。柱型蘋果中異戊烯腺苷與總細胞分裂素的比值在11月達到最高值，而普通型蘋果卻是在7月，這可能與冬季休眠啟動時間早晚有關[45]。柱型和普通型蘋果組培苗經6-BA處理后，CTK含量均上升，但柱型蘋果CTK含量上升幅度最小。普通型蘋果CTK含量上升后依舊低于柱型蘋果，由此推斷高CTK含量是柱型蘋果特殊生長習性的原因之一[46]。大田和離體培養(yǎng)條件下，側芽的誘導伸長、數量和培養(yǎng)物重量的增加與外源細胞分裂素濃度呈正相關[47]。離體培養(yǎng)條件下，柱型蘋果葉片在高濃度的細胞分裂素上生長良好，而普通型蘋果葉片在低濃度的細胞分裂素上生長良好[36,47]，柱型蘋果芽的分化再生需要更高的細胞分裂素[48]，這可能是柱型蘋果能代謝過量的細胞分裂素或者通過調節(jié)其他生長因子抵消[47]。

1.3.3 赤霉素 柱型蘋果生長矮小，葉片深綠的特征類似于GA缺陷型突變體的生長特點[49-52]。目前，人們已經從玉米、豌豆、番茄、擬南芥等植物中發(fā)現(xiàn)了50多種不同的GA缺陷型突變體[53]，研究發(fā)現(xiàn)均是赤霉素合成受阻造成其含量下降。柱型蘋果內源赤霉素水平的確低于普通型蘋果[41-42]。大田和組培條件下，外源噴施GA3均能促進柱型蘋果新梢的伸長生長，且與普通型和短枝型蘋果相比，柱型蘋果的GAs含量上升幅度最大[40,46]，進一步驗證了柱型品種內源激素組成的特殊性，即GA3含量很低。通過外源噴施GA3能促進柱型蘋果的生長增加，但是達不到普通型蘋果的高度[42]。柱型蘋果實生苗的莖尖提取物能促進矮化豌豆的生長，但促進生長的程度不及普通型蘋果莖尖提取物的影響，這表明柱型蘋果含有較低水平的活性GA。柱型蘋果矮化生長的特性與其說是可能與低水平的GA含量相關，倒不如說柱型蘋果的緊湊矮化生長只是一種表型特征。

GA信號傳導途徑的抑制因子DELLA蛋白因其N端有高度保守的結構域DELLA而被命名[54]。模式植物擬南芥中DELLA蛋白是多基因家族，有、RGL、RGL、RGL，其中和是莖伸長的主要負調控因子[55-57]。擬南芥、葡萄、水稻等植物中編碼DELLA結構域的發(fā)生缺失、突變或超量表達均能導致植物表型發(fā)生改變，表現(xiàn)矮化特征[58-61]。DELLA蛋白可能參與多種激素的信號途徑，同時DELLA蛋白的量又受到赤霉素、生長素、乙烯和脫落酸等多種激素的共同調節(jié)[62-67]。柱型蘋果中，赤霉素合成途徑中貝殼杉烯氧化酶基因的表達量低于普通型蘋果，柱型蘋果莖尖中的相對表達量均高于3個普通型蘋果。柱型蘋果的表達量高可能抑制了植株的生長，也可能是對外界環(huán)境更加適應的表現(xiàn)[68]。植物體內的DELLA蛋白含量越多，對逆境的適應性越強，高鹽環(huán)境下，植物通過增加DELLA蛋白的含量，進而增強DELLA蛋白對植物生長的抑制作用[65]。

1.3.4 脫落酸 樹體內高ABA含量與樹體矮化有很大的相關性，矮化的蘋果樹比喬化樹中ABA含量高。與普通型蘋果相比，柱型蘋果的果臺芽相對更大，雖然其總ABA含量更高，但每單位鮮重中含有較少自由態(tài)和結合態(tài)的ABA[42]。通常，每單位鮮重中ABA含量越高越能加速芽的伸長生長[69]，因此，較低水平的ABA可能是減緩短果枝生長的結果，而不是原因[42]。在柱型蘋果與非柱型蘋果雜交獲得的種子和早期實生苗子代中，不同品種中ABA和GA的含量是相似的，這暗示后期發(fā)育過程中，激素的差異導致實生苗形成緊湊生長的特征[70]。

綜合考慮上述原因，柱型蘋果在激素水平上存在的差異是很微妙的，它們和表型的相關性僅僅被當作一種假設。一、由于芽中IAA含量高和IAA/CTK比率低，柱型蘋果的頂端優(yōu)勢比普通型強，因而它們不能產生長的側枝。二、由于CTK含量高，結合ABA含量低，產生結果短枝，這有助于芽的萌發(fā)，但是阻礙了伸長生長，只是少量短枝在有時候（比如中央領導干被破壞）能克服頂端優(yōu)勢而生長。三、低水平的GA可能阻礙伸長生長，這和許多柱型蘋果具有矮化作用相關。

目前測定植物激素濃度的方法均比較繁瑣和困難，而植物的年齡、季節(jié)和環(huán)境因子等均能影響其內源激素的含量，因此，樣品本身的差異和外界環(huán)境因素均可能影響其內源激素水平的差異。另外，到底是因為植物內源激素水平含量的變化導致樹體生長特性改變，還是因為樹體生長特性的改變而導致植物激素水平的含量差異，關于二者之間的直接關聯(lián)報道還很少見。

2 蘋果柱型性狀基因Co定位和候選基因挖掘

2.1 Co定位

蘋果柱型性狀為顯性單基因（）控制的質量性狀[71]。在蘋果基因組序列公布之前[72]，各國研究者用分子標記的方法將定位于第10號染色體17.0—19.5 cM[13-14,16,29-30,73-74]。最早進行柱型蘋果分子標記研究的是美國康奈爾大學[75]。隨后，各國學者用RAPD、SSR、AFLP和SCAR等方法對柱型性狀進行標記，或將AFLP轉換成SCAR或將RAPD轉換成SCAR對柱型性狀進行標記[13,21,30,76-77]。由于使用的蘋果品種和個體數量存在差異，標記的重組頻率和遺傳距離不同[14,16,73,78-79]。雖然的遺傳距離不同，但它們的序列排列大體相同[14,16,30,74]。但是，通過蘋果基因組的BLAST發(fā)現(xiàn)，CH02a10和SCB82670序列圖譜定位在第3號染色體上，約30 Mb。KIM等[30]用柱型蘋果的父本（非柱型蘋果）擴增獲得SCB82670片段，因此它不可能與連鎖[14,16,78]。而CH02a10共分離的原因仍不清楚，暗示著對柱型蘋果發(fā)育發(fā)揮重要作用的關鍵基因被選擇性清除，或者基因序列可能錯誤的安排在第3號染色體上[30]。

2010年金冠蘋果基因組序列公布以來，加速了的精細作圖。目前已經將其定位在第10號染色體上18.52—19.09 Mb（表1）。BAI等[15]界定的區(qū)域包含20個已經注釋的16基因和7個預測基因，其中3個編碼擬南芥?zhèn)戎ζ鞴龠吔绲霓D錄因子同源序列[83]，被認為是最有可能的候選基因[15]。MORIYA等[14]通過SSR將界定的大小與BAI等[15]描述的大小相似[15]。BALDI等[19]認為Co區(qū)域有36個潛在的基因，若干基因（basic helix-loop-helix andAP2/ERF classes，MYB）編碼轉錄因子，它們在樹形調節(jié)方面發(fā)揮作用。目標區(qū)域和MORIYA等[14]認定的區(qū)域有重疊，但是不覆蓋BAI等[15]預測的染色體位置。OKADA[82]參考蘋果基因組序列，的精細圖縮小在101 kb區(qū)域，研究結果與BALDI[19]報道的相一致，與BAI等[15]報道的結果不同。Co區(qū)域邊界位置不同的原因可能是：不同研究小組采用了不同的蘋果基因型，這可能產生完全不同的重組頻率。標記界定的右邊界[15]來源于基因組中未錨定的一個序列，因此它的精準定位不容易建立，這可能是個體單株表型分類存在某些困難。

表1 蘋果基因組序列公布以來Co的精細作圖

2.2 候選基因挖掘

2.2.1 轉錄組學分析 近5年來，各國學者以柱型蘋果的莖尖或胚根作為試材，利用高通量組學的方法試圖從轉錄組學層面揭示柱型蘋果與非柱型蘋果基因的表達差異[84-87]。ZHANG等[84]以‘富士’ב特拉蒙’雜交后代柱型以及非柱型分離群體的新梢為試材，發(fā)現(xiàn)24%的差異表達基因在GA、IAA和BR生物合成中發(fā)揮重要作用。287個基因序列參與樹形調控，其中25個基因序列是在調控柱型蘋果樹形過程中發(fā)揮重大作用的轉錄因子。KROST等[85-86]研究發(fā)現(xiàn)，柱型蘋果中參與DNA合成、RNA加工和蛋白質合成的基因表達發(fā)生下調，而參與運輸和蛋白質修飾的基因表達發(fā)生了上調，這些都與減少柱型蘋果的生長有關。明顯影響柱型蘋果內源激素的動態(tài)平衡。在附近存在大量調控基因，其中的4個基因是和植物激素調控相關。生長促進因子（IAA、CTK和GA）和抑制因子（茉莉酸JA和木葡聚糖內轉糖苷酶/水解酶XTH）之間的相互影響都是上調表達，這和植株的高度相關。柱型蘋果的細胞周期在G2期被抑制，這導致細胞數量減少，因此其生長受阻。PETERSEN等[87]以柱型蘋果（雜合型和純合型兩種）和普通型蘋果的胚根為試驗材料，發(fā)現(xiàn)柱型蘋果胚根中的基因表達發(fā)生上調，這些基因主要參與纖維素和苯丙素的生物合成，細胞壁修飾、轉錄和翻譯，乙烯和茉莉酸的生物合成。雜合型柱型蘋果中Gypsy-44插入位點下游方向的表達發(fā)生下調，但在枝條頂端組織中出現(xiàn)嚴重上調表達。由此推測，不同調控的第一步有可能發(fā)生在反轉錄插入區(qū)域內，組織的特異性表明一個或多個組織特異調控因子參與其中。

2.2.2 關鍵候選基因挖掘 關于，若干相關的候選基因已經被報道[82-83,87-89]。MORIMOTO等[81]預測在估計的Co區(qū)域，有55個基因，包括AP2/ERF，2OG-Fe（II）氧化酶、非頂端分生組織、水解酶和側生器官轉錄因子等。LBD轉錄因子被當做的候選基因，主要原因是在擬南芥和其他物種中已證明LBD蛋白在調控側生器官的發(fā)育中發(fā)揮著重要作用。OKADA等[82]以柱型蘋果‘威賽克旭’和普通型蘋果‘旭’莖尖為試材，為了確定的候選基因，用RNA序列分析不同的表達基因，共發(fā)現(xiàn)6個候選基因表達水平明顯不同。4個候選基因在柱型蘋果‘威賽克旭’中上調表達，僅僅在柱型蘋果‘威賽克旭’中表達，而在非柱型蘋果中不表達。而且在離體培養(yǎng)的柱型蘋果‘威賽克旭’和普通型蘋果‘旭’中，也僅僅只是在柱型蘋果‘威賽克旭’的葉片和莖尖中表達。依此推斷，是最有希望的候選基因，而其他5個基因不可能是的候選基因。

PETERSEN等[87]報道在柱型蘋果‘P28’頂端分生組織中兩個候選基因（ATL5K- like）和（ACC1-like）也是上調表達。BALDI等[20]分析Co區(qū)域的ORFs發(fā)現(xiàn)：存在若干潛在的候選基因，包括AP2/ERF、bHLH、MYB和NAM轉錄因子。

WOLTERS等[88]分析了定位于50 kb區(qū)域間6個預測基因的表達模式，與‘旭’蘋果相比，基因在‘威賽克旭’蘋果腋芽中上調表達。OTTO等[89]參考‘金冠’蘋果基因組，發(fā)現(xiàn)兩個候選基因（bHLH155-lile）和（ACC1-like），這兩個候選基因在‘威賽克旭’葉片中顯著上調表達。OTTO等[89]發(fā)現(xiàn)，與普通型蘋果‘A14’相比，已經確定的候選基因（bHLH155-lile）在柱型蘋果‘P28’頂端分生組織中約有2倍的上調表達，而（downy mildew resistance 6-like）僅僅在‘P28’中表達，在‘A14’中不表達。

先前報道的有5個候選基因：、6、、和[87-89]。其中的就是相對應的，該基因在柱型蘋果和普通型蘋果之間表達有差異，其他候選基因表達水平相似，沒有差異[87]。因此更加說明（）是最有希望的基因候選基因。OKADA等[82]將候選基因轉入煙草中，轉基因煙草的植株高度和節(jié)間長度均變短，這與WOLTERS等[88]報道擬南芥中過表達該基因導致節(jié)間變短類似。同時，在蘋果中過表達該基因也引起節(jié)間變短，但柱型蘋果的生長表型不僅僅是節(jié)間短，有可能區(qū)域的其他基因參與減少側枝和增加短枝的形成。在未來，驗證該基因是否引起側枝減少和增加短枝也非常重要[83]。

3 展望

柱型蘋果是一類特殊的自然突變體，前期的研究表明其內源激素的含量與其樹體生長密切相關，但到底哪一個是原因哪一個是結果或者說二者之間的直接關聯(lián)還有待進一步探討。傳統(tǒng)遺傳學分析證實柱型蘋果樹形性狀是由顯性的控制的質量性狀，已經被精細定位于第10號染色體上的18.52—19.09 Mb區(qū)間，的產物可能不是在根上而是在枝條上發(fā)揮作用，也可能以某種方式參與營養(yǎng)生長到生殖生長的轉變，還可能與植物激素IAA、CK和GA的代謝和信號轉導有關，因此，的詳細功能尚需要驗證，其基因產物或者突變類型仍然未知。另外，在株形調控方面是單獨發(fā)揮作用，還是同多個基因聯(lián)合發(fā)揮作用？如何通過信號轉導途徑發(fā)揮功能？這一系列問題仍然是未來科學研究的焦點。

隨著分子生物學的迅猛發(fā)展，未來對位點區(qū)域的進一步深度挖掘和分析勢在必行。今后應進一步采用蛋白-蛋白互作（Y2H、BIFC、Pull-Down及CoIP）、蛋白-DNA啟動子結合（Y1H、EMSA及ChIP）、啟動子活性檢測（LUC和GUS報告試驗），RNAi及轉基因植株等基因功能驗證技術，對相關的候選關鍵基因進行功能驗證，以進一步揭示柱型蘋果獨特生長特性的分子機理。只有明確柱型蘋果獨特樹形生長特性的分子機理，果樹育種工作者才能打破傳統(tǒng)育種方式中柱型性狀和果實品質差緊密連鎖的弊端，通過分子育種手段創(chuàng)造出品質優(yōu)良的柱型蘋果新種質，為矮化密植高產提供優(yōu)良資源，這也是未來柱型蘋果發(fā)展利用的最理想途徑和根本出路。

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（責任編輯 趙伶俐）

Research Progresses in mechanisms of Growth Habits andGene Mapping of Columnar Apple (× Borkh.)

LIANG MeiXia, QIAO XuQiang, GUO XiaoTong, ZHANG HongXia

(College of Agriculture, Ludong University, Yantai 264025, Shandong)

Columnar apple is a dwarfed mutant with thick, upright main stems and shortened internodes, and generates short fruit spurs instead of long lateral branches. It is a good resource for high dense planting and high yield production in the modern apple industry. Therefore, to understand its unique growth habit was highly interested for all research groups. The current research achievements are summarized as follows: (1) The growth habits of columnar apple is closely related with its endogenous hormones. The free IAA to total IAA ratio was found higher in the axillary buds of columnar apple trees than in the standard type apple trees. The columnar apple producing high number of spurs is because the higher level of zeatin-like growth substances exists in both apical and lateral shoots. The dwarfed growth phenotype is probably correlated with the lower GA level in the columnar apple trees. (2) The columnar phenotype is controlled by a single dominant allele of the columnar gene, which is clustered with the genes controlling main stem growth, branching habit, leaf feature and fruit quality. Thegene has been fine-mapped to chromosome 10 within the region of 18.51-19.09 Mb. (3) Fivecandidate genes has been reported till today. As the observation that expression ofin apple and tobacco led to shortened internodes in transgenic plants,was taken as the most promisingcandidate gene, although more studies are needed to clarify whether thegene also causes the reduced lateral branches and increased spurs in columnar apple. Sincegene is closed related with both plant hormone metabolism and signal transduction, studies on its biological functions by RNAi and transgenic technologies can not only reveal the molecular mechanism of the unique growth characteristics of columnar apple tree, but also provide the theoretical basis for the molecular breeding of columnar apple with improved quality.

columnar apple; growth habit;gene mapping; mining of candidate genes

2017-06-20；

國家自然科學基金（31601816）、山東省自然科學基金（ZR2016CQ27）、煙臺市科技攻關項目（2014ZH115，2015ZH071）

接受日期：2017-09-01

聯(lián)系方式：梁美霞，E-mail：mxliangdd@163.com