柑橘是一类重要的果树作物。在中国,柑橘的栽培给广大果农带来了巨大的经济收益。然而,赣南脐橙产区的缺硼减产问题却给当地果农的脐橙生产工作带来了很大的生产困扰和经济损失。该产区主栽的枳砧纽荷尔脐橙缺硼时主要表现为叶片的叶脉木栓化和根系的生长受阻及坏死,进而导致树体早衰,严重地影响了果实的产量和品质。然而缺硼叶脉木栓化发生的分子机制和根系的早期缺硼应答机制目前尚不清楚。为了弄清这些问题,本研究采用组学技术结合相应的生理学和解剖学试验,分别对接穗叶片和砧木根系的缺硼响应展开研究。主要的研究结果如下:1.脐橙缺硼叶脉木栓化过程的解剖学和生理生化指标变化:利用温室内缺硼砂培培养的手段,模拟产区的叶脉木栓化症状。症状调查结果表明:所有的木栓化症状均发生在上叶面,而下叶面不发生症状,具有叶面不对称性。根据形态学上的轻重变化将叶脉木栓化的发育过程分为4个时期(BD1-BD4时期):BD1时期与对照无显著差异;BD2时期叶脉突出于上叶面但未出现木栓化症状;BD3时期开始出现轻微木栓化症状;BD4时期木栓化则十分严重。解剖学图像数据统计发现:缺硼导致叶脉维管束形成层恢复活性,进而引发的维管增生是叶脉木栓化的原因,而邻近的上叶面栅栏组织的耐挤压力小于下叶面海绵组织的耐受能力则是木栓化在两个叶面不对称发生的原因。质构仪分析发现:木栓化叶片发生100%形变所需要的力远远低于对照,说明缺硼叶片的耐挤压能力不及对照,从而导致缺硼叶片变脆、易折断的表型。经木质素含量检测发现,BD1和BD2时期与对照无显著差异,而木栓化症状开始出现的BD3时期的木质素含量则显著高于对照。早期叶脉木栓化的出现是BD3时期上表皮破裂处细胞的木质素沉积引起的,后期严重木栓化症状则是BD4时期更严重的表皮破损细胞木质化和内部维管组织裸露的共同结果,这些说明木质素是木栓化发生的重要物质代谢来源。另外,叶脉木栓化出现时,除B元素含量降低以外,还显著地降低了P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Co和Ni共10种元素的含量。2.脐橙缺硼叶脉木栓化症状的转录组学研究:对BD1-BD4的4个时期叶脉的数字表达谱分析发现:缺硼叶脉木栓化过程中,BD3时期基因表达的变化最大。主要是细胞周期、DNA复制、细胞骨架合成、细胞分裂素信号转导、维管发育调控、木质素合成和光合作用等生理代谢过程发生了变化。其中,细胞分裂素受体蛋白基因WOL主要在叶脉木栓化发育的早期(BD1和BD2)上调表达;控制维管形成层活性的WOX4和调控木质部分化的VND7则在叶脉木栓化发育的后期(BD3和BD4)上调表达;木质素合成路径的差异表达基因多达40个。继续对BD3时期的叶脉进行小RNA测序分析,并与BD3叶脉的数字表达谱数据进行关联分析。试验筛选到两个可能涉及木栓化叶脉发育的mi RNA及其靶基因:参与叶片发育时期转变的csi-mi R156b下调表达,它的3个靶基因SPL3、SPL4和SPL13上调表达;参与细胞增殖调控的csi-mi R164同样下调表达,它的靶基因CUC2上调表达。3.缺硼枳根系不同部位Ca2+流速变化:为了探索缺硼早期枳根系的根尖、分生区和伸长区3个部位Ca2+流速随时间变化的响应规律,采用无损伤微测技术对短期缺硼的枳根系不同部位Ca2+流速进行检测。试验中,用于检测的测试平衡液中硼酸组分显著影响了对照根系的3个部位的Ca2+吸收速度;当枳根系处于缺硼环境时,枳根系根尖、分生区和伸长区的Ca2+流速均呈现吸收速度增强的现象。从而证明Ca2+可能参与了枳根系早期的缺硼信号转导路径。4.枳根系缺硼应答的定量蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学研究:为了了解枳根系早期的缺硼应答情况,对缺硼枳根系进行定量蛋白质组和磷酸化蛋白质组分析发现,以下几类蛋白发生了显著变化:(1)Ca2+信号相关蛋白:3个与Ca2+信号转导相关的蛋白在缺硼条件下发生了显著变化,其中1个Ca2+结合EF-hand结构域蛋白的含量升高,另外2个Ca M结合蛋白的磷酸化程度升高;(2)激酶:11个激酶可能涉及缺硼应答,其中7个是含量变化,4个是磷酸化状态变化;(3)细胞增殖相关蛋白:4个涉及细胞增殖的差异蛋白可能与缺硼根系生长受阻有关,其中2个是蛋白含量下降,另外2个是蛋白磷酸化状态改变;(4)其它差异蛋白:在缺硼胁迫个根系中还筛选到一些与蛋白合成、转运和降解相关的差异蛋白,它们可能参与了枳根系缺硼响应中的翻译和翻译后调控过程。这些差异蛋白为研究枳根系的早期缺硼应答提供了重要线索。