梨遗传与种质创新利用研究团队针对梨分子遗传与种质创新、梨重要功能基因挖掘、梨自花不结实等问题，围绕梨基因组及功能基因、细胞信号转导、梨果实品质形成、果实成熟调控等研究方向，主要开展梨基因组学、蛋白组学、梨重要性状功能基因挖掘及分子调控机制、梨自交不亲和性机制、梨果实成熟分子调控网络等工作。2024年度克隆果实成熟、梨成花调控、花粉管生长、石细胞形成、糖代谢相关基因、抗旱相关基因38个，相关研究成果在Molecular Plant、Plant Journal、Plant Physiology、Plant Communications、Horticulture Research、Plant Phenomics、BMC Plant Biology等期刊发表SCI论文32篇，1人荣获全国模范教师，1人入选教育部“长江学者”青年学者，获授权国家发明专利8项、2023年申请3项植物新品种权，其中2项于2024年通过授权公示。

团队负责人： 张绍铃 教授

一、 研究进展

1．优异种质形成遗传基础

克隆梨果实成熟关键调控因子4个。构建了代谢组、蛋白组、转录组等多组学数据库，揭示了果实发育过程中492种代谢产物的变化规律，建立了包含14399个基因和439种代谢产物的关联数据库；利用梨果实瞬时转化与愈伤组织稳定转化相结合的方法，揭示了ZFP1直接结合AAO启动子，促进AAO基因表达，提高梨果实中脱落酸含量，从而加快果实成熟的分子机制（Genome Biol, 2024）。发现了梨HB.G7.2及其互作蛋白HB.G1和HB.G2.1通过直接结合ACS1b基因启动子促进ACS1b基因表达，证实了HB蛋白互作抑制了3个HB蛋白的转录激活能力，明确了成熟果实中HB.G7.2高表达及HB.G1和HB.G2.1低表达特征，揭示了3个HB转录因子调控乙烯合成和果实成熟的分子机制（Horti Res, 2024）。

克隆梨果实石细胞形成关键调控因子5个：发现了一个关键的转录因子（PbAGL7）可促进石细胞含量和次生细胞壁厚度的增加（Plant J，2024）。PbARF19介导的生长素信号通过调控木质素生物合成基因在梨石细胞的木质化中起关键作用（Plant Sci，2024）；生物信息学分析和基因功能鉴定表明了PbGA3ox4 在促进 GA3 生物合成和细胞木质化中的生物学功能（Sci Horti，2024）。对中国白梨（PbHBs）中HD-Zip基因进行了全面的生物信息学分析。此外，PbHB24在促进石细胞形成中的生物学功能已在幼果中过表达得到证实（BMC Plant Biol，2024）；生物信息学分析PbPME35通过下调木质素生物合成基因的表达水平来降低梨果实中木质素含量的能力（Horti Adv，2024）。

克隆梨抗旱关键调控因子10个：系统地鉴定了P. bretschneideri 中的整个 PLD 基因家族，并对其功能进行了表征。共鉴定出20 个 PbrPLD 基因，在拟南芥和梨中过表达PbrPLD2可通过改善气孔关闭和增加干旱响应基因的表达增强耐旱性（Plant Sci, 2024）。抗旱相关转录因子PbbZIP88能与干旱响应基因PbATL18 结合并激活其表达(Plant Cell Environ, 2024)。研究发现PbGBF3是一种bZIP转录因子，可通过上调PbAPL2和 PbSDH1增强耐盐性（Plant J, 2024）。PbERF3在梨愈伤组织和拟南芥中的过表达可增强植物的抗旱性，并重建了氧化还原平衡(Horti Res, 2024)。

克隆梨抗轮纹病相关基因3个，揭示了梨Pbr3RAV2与PbrTTG1协同影响自噬基因PbrATG1a表达调控梨轮纹病抗性的分子机理（Plant Physiology, 2024）。

2. 优异种质设计技术

（1）梨花粉管生长重要功能基因挖掘及分子调控机制研究

①鉴定到15个 MSL 基因，分为两类：类 I 和类 II。类 I 基因主要定位于细胞器，类 II 基因主要定位于细胞膜。其中PbrMSL5 在花粉发育过程中高表达，并在细胞膜和细胞质中定位。PbrMSL5 通过降低渗透压和Cl-含量，抑制梨花粉萌发和花粉管生长。PbrMYC8 通过直接结合PbrMSL5启动子区域的 N-box元件，抑制PbrMSL5表达，从而促进梨花粉萌发和花粉管生长。

②肌动蛋白（ACT）基因家族在植物生长和发育中发挥着至关重要的作用。研究鉴定了41个ACT基因，并基于系统发育树将其分为两个亚家族。ACT基因家族在进化过程中经历了纯化选择，WGD和DSD是其扩张的主要驱动力。梨中PbrACT1-5主要在花粉管中表达，PbrACT1表达水平最高，且对花粉管生长和F-肌动蛋白形成至关重要。

③研究对梨中的 thaumatin-like protein (TLP) 家族进行全面的分析，并阐明其在梨花粉管生长中的作用，揭示了梨中PbrTLP家族的进化模式和PbrTLP36在花粉管生长中的特定功能。PbrTLP36蛋白具有抗真菌活性，可以保护花粉免受病原菌的侵害，从而促进梨花粉管的正常生长。

④VAMP蛋白在花粉管尖端囊泡运输过程中发挥重要作用，可调控花粉管尖端囊泡的运输。

⑤研究了梨冷休克结构域蛋白（PbrCSP）家族在梨花粉管生长和低温胁迫响应中的作用。PbrCSP1在低温胁迫下被诱导表达，并且过表达PbrCSP1可以增强梨花粉管在低温条件下的耐受性。通过反义寡核苷酸技术抑制PbrCSP1的表达显著抑制了梨花粉管的生长，而瞬时过表达PbrCSP1则促进了梨花粉管在正常条件下和低温条件下的生长。

⑥花粉管生长是植物有性生殖的关键步骤，而活性氧（ROS）在花粉管生长中发挥着重要作用。鉴定了63个Rboh基因并分析了它们的系统发育关系、基因结构、保守基序和进化历史。其中PbRbohH和PbRbohJ在梨花粉中特异性高表达，表明它们可能在花粉发育中发挥重要作用。

⑦探究了花粉管中类黄酮生物合成的调节机制，从梨2OGD基因家族成员中鉴定到梨花粉黄酮类物质合成的关键基因PbrF3H和PbrFLS。通过酵母单杂交和双荧光素酶报告实验，明确了PbrMYB186对PbrF3H基因的激活作用。阐明了PbrMYB186和PbrF3H在类黄酮生物合成和花粉管生长中的作用。

（2）构建梨等植物干细胞信息分析平台

干细胞活性对于维持植物生长发育和形态建成至关重要。基于报道的干细胞调控因子，开发了PSCI软件鉴定梨等植物中的干细胞相关基因。

利用PSCI软件在808个植物基因组中鉴定到约280万个干细胞相关的基因，分析了潜在干细胞调节因子的不同复制模式，绘制了227个物种的干细胞相关基因表达谱。

（3）构建梨杂交品种单倍型T2T基因组及首个泛基因组图谱

突破传统基因组组装的技术瓶颈，采用分型组装的方法构建了单倍型T2T基因组及首个梨泛基因组图谱，探明了梨驯化过程中的2482个群体结构变异热点区域和约10Mb的驯化区域，鉴定了品质存在差异的两个品种中差异表达的等位基因，揭示了等位基因缺失与果实酸味等品质形成的关联性，为全面解析梨果实品质形成的遗传及分子调控机制提供了新思路和丰富数据。

3. 作物优异新种质创制

2024年，评价梨种质资源400余份，包括果实品质、自交不亲和性、枝叶、蜡质及抗病性状等50余农艺性状的表型数据2万余条。初步构建梨表型数据库1个，包括已评价的梨种质资源965份，74个性状，10万余条表型数据和2.3万余张图片。

对142份梨种质资源成熟果实中的糖进行评价，发现果糖含量最高，其次为山梨醇、葡萄糖和蔗糖。山梨醇和葡萄糖含量与果实成熟期呈显著正相关。我国华南地区梨总糖含量最高，果糖含量占比达43%。挖掘出早酥蜜、威宁香面梨等高糖（可固>15）种质5份。

针对416份梨种质资源枝、叶、芽共计32个表型性状进行系统评价，通过分布频率、变异系数、Simpson 指数、person相关性、主成分和聚类分析等方法对梨种质资源的枝、叶、芽性状的多样性进行比较分析与分级。以节间长度为例，栽培种间差异：白梨>砂梨>秋子梨>新疆梨>西洋梨

针对197份梨种质僵芽性状进行评价，僵芽类型包括无梢无花、抽梢无花、抽梢少花，根据僵芽率，可分5级，大多数品种僵芽率在4.0%以内（89份，45.18%），研究发现栽培种间僵芽率差异：砂梨>西洋梨>秋子梨>白梨>种间杂交品种>新疆梨。

挖掘出‘伏梨’‘甘梨早6’等早熟资源7份（7月上旬前），‘早酥蜜’‘威宁香面梨’等高糖资源5份（可固>15），‘香红’‘七月红香梨’等红皮资源8份，‘驹择’‘太白’等抗病资源13份（黑斑、轮纹病）；筛选出‘早冠’ ‘秋荣’‘奥嗄二十世纪’等自交亲和种质11份（自交坐果率20%-65%），为创制新种质提供优异亲本。

4. 果树新品种培育与应用

截止2024年11月，配置梨杂交组合20个，获得杂交种子10000余粒，培育杂交实生苗6000多株。评价梨杂交实生树6000株以上，筛选出优良株系11株。2023年申请3项植物新品种权，其中‘宁绯’‘宁玉’于2024年通过授权公示。

二、科研产出

1. 发表SCI论文

[1]. Gu, C., Pei, M.S., Guo, Z.H., Wu, L., Qi, K.J., Wang, X.P., Liu, H., Liu, Z.C., Lang, Z.B., & Zhang, S.L. (2024). Multi-omics provide insights into the regulation of DNA methylation in pear fruit metabolism. Genome Biology, 25(1).

[2]. Cao, S.H., Guo, Z.H., Liu, H., Wang, G.M., Qi, K.J., Wang, Z.W., Tian, R.P., Sha, S.F., Zhang, S.L., & Gu, C. (2024). Interaction among homeodomain transcription factors mediates ethylene biosynthesis during pear fruit ripening. Horticulture Research, 11(5).

[3]. Guo, Z.H., Liu, H., Zheng, S.Q., Wang, X.P., Xie, Z.H., Zhang, Z.M., Liu, J.R., Li, J.M., Lin, S. Y., Gu, C., & Zhang, S.L. (2024). Effects of exogenous GA, IAA, ABA and ethylene on pear (Pyrus pyrifolia) fruit during different development stages. Plant Growth Regulation. 104: 549-561

[4]. Lin, L.K., Yuan, K.L., Huang, X.S., & Zhang, S.L. (2024). Genome-Wide Identification of the Phospholipase D (PLD) Gene Family in Chinese White Pear (Pyrus bretschneideri) and the Role of PbrPLD2 in Drought Resistance. Plant Science, 112286.

[5]. Lin, L.K., Yuan, K.L., Qi, K.J., Xie, Z.H., Huang, X.S., & Zhang, S.L. (2024). Synergistic Interaction Between PbbZIP88 and PbSRK2E Enhances Drought Resistance in Pear Through Regulation of PbATL18 Expression and Stomatal Closure. Plant Cell & Environment., In press.

[6]. Dong, H.Z., Chen, Q.M., Fu, Y F., Xie, H.Y., Li, T.H., Li, D.L., Yang, Y.J., Xie, Z.H., Qi, K.J., Zhang, S.L., & Huang, X.S. (2024). PbGBF3 enhances salt response in pear by upregulating PbAPL2 and PbSDH1 and reducing ABA‐mediated salt sensitivity. The Plant Journal, 119(6), 2837–2853.

[7]. Zhang, F., Pan, Z.J., Han, C.Y., Dong, H.Z., Lin, L.K., Qiao, Q.H., Zhao, K.K., Wu, J.Y., Tao, S.T., Zhang, S.L., & Huang, X.S. (2024). Pyrus betulaefolia ERF3 interacts with HsfC1a to coordinately regulate aquaporin PIP1;4 and NCED4 for drought tolerance. Horticulture Research, 11(5).

[8]. Jiang, L., Gu, P., Zhang, X., Luo, W.Q., Qiao, X., Wang, L.B., & Zhang, S.L. (2024). Metabolome and transcriptome profiling reveal the effect of 1-MCP (1-methylcyclopropene) and Ethrel (2-chloroethyl phosphonic acid) treatments on volatile metabolism in postharvest pear fruit. Scientia Horticulturae, 338, 113638.

[9]. Li, Q.H., Qiao, X., Li, L.Q., Gu, C., Yin, H., Qi, K.J., Xie, Z.H., Yang, S., Zhao, Q.F., Wang, Z.W., Yang, Y.H., Pan, J.H., Li, H.X., Wang, J., Wang, C., Rieseberg, L.H., Zhang, S.L., & Tao, S.T. (2024). Haplotype-resolved T2T genome assemblies and pangenome graph of pear reveal diverse patterns of allele-specific expression and the genomic basis of fruit quality traits. Plant Communications, 5(10), 101000.

[10]. Zhang, X., Zhu, L.J., Qian, M., Jiang, L., Gu, P., Jia, L.T., Qian, C.L., Luo, W.Q., Ma, M., Wu, Z.F., Qiao, X., Wang, L.B., & Zhang, S.L. (2024). PbrWRKY62-PbrADC1 module involves in superficial scald development of Pyrus bretschneideri Rehd.fruit via regulating putrescine biosynthesis. Molecular Horticulture, 4(1).

[11]. Sun, X., Wang, F., Wang, Y., Zhang, Y., Zhang, Y., Liu, Y.T., Sun, X.L., Qi, K.J., Xie, Z.H., & Zhang, S.L. (2024). Transcription factors Pbr3RAV2 and PbrTTG1 regulate pear resistance to Botryosphaeria dothidea via the autophagy pathway. PLANT PHYSIOLOGY, 195(4), 3024–3038.

[12]. Zhang, M.L., Tang, C., Li, Y., Lv, S.Z., Xie, Z., Liu, Z Q., Zhang, H., Zhang, S.L., Wang, P., & Wu, J.Y. (2024). The MYC transcription factor PbrMYC8 negatively regulates PbrMSL5 expression to promote pollen germination in Pyrus. International Journal of Biological Macromolecules, 278, 134640.

[13]. Zhu, X.X., Tang, C., Zhang, T., Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). PbrCSP1, a pollen tube–specific cold shock domain protein, is essential for the growth and cold resistance of pear pollen tubes. Molecular Breeding, 44(3).

[14]. Liu, X.Y., Zhang, H., Tang, C., Lv, S.Z., Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). Characterization of the actin (ACT) family in Rosaceae and role of PbrACT1 in pear pollen tube growth. Tree Genetics & Genomes, 20(3).

[15]. Xie, Z., Yue, D., Tang, C., Zhang, M.L., Zhang, H., Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). PbrVAMP721i, an R-SNARE protein, contributes to the growth of the pollen tube in Pyrus bretschneideri. Scientia Horticulturae, 333, 113257.

[16]. Zhang, H., Liu, X.Y., Tang, C., Lv, S.Z., Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). PbRbohH/J mediates ROS generation to regulate the growth of pollen tube in pear. Plant Physiology and Biochemistry, 207, 108342.

[17]. Zhang, H., Liu, X.Y., Tang, C., Qian, M., Zhang, M.L., Xie, Z., Wu, M.Y., Khan Waqar, Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). Genome-wide identification of thaumatin-like protein family in pear and functional analysis their roles in pollen growth. Plant Growth Regulation, 104, 267.

[18]. Yin, H., Wu, J.Y., Fan, J.B., Xu, L.L., Zhang, W.W., Li, Q.H., Jia, L.T., Wu, X., Wang, Z.W., Li, H.X., Qi, K.J., Qiao, X., & Zhang, S.L. (2024). Profiling of soluble sugar compositions in mature fruits of a diverse pear (Pyrus spp.) germplasm by UPLC. Journal of Food Composition and Analysis, 132, 106281.

[19]. Wang, H.M., Yin, H., Li, H.T., Wu, G.C., Guo, W., Qi, K.J., Tao, S.T., Zhang, S.L., Ninomiya, S., & Mu, Y. (2024). Quantitative 2D fruit shape analysis of a wide range of pear genetic resources toward shape design breeding. Scientia Horticulturae, 327, 112826.

[20]. Wu, X., Lei, Z.J., Yuan, Y.B., Shi, X.J., Chen, Y.Y., Qi, K.J., Xie, Z.H., Bai, M.D., Yin, H., & Zhang, S.L. (2024). Integrated metabolomic and transcriptomic analysis revealed the role of PbrCYP94B in wax accumulation in pear fruit after bagging treatment. International Journal of Biological Macromolecules, 136107.

[21]. Wu, X., Yuan, Y.B., Zhou, S.Y., Wang, Z.W., Li, H.X., Wu, W.P., Lei, Z.J., Liu, S.Y., Qi, K.J., Yin, H., Zhou, Y., Zhang, S.L. (2024). Plant Stem Cell Informatics Database (PSCIdb): A comprehensive computational platform for identifying and analyzing genes related to plant stem cells. Plant Communications, 13;5(5):100818.

[22]. Zhang, N.Y., Berman, S.R., Van Den Berg, T., Chen, Y.K., Marcelis, L.F.M., & Kaiser, E. (2024). Biochemical versus stomatal acclimation of dynamic photosynthetic gas exchange to elevated CO2 in three horticultural species with contrasting stomatal morphology. Plant Cell & Environment, pce.15043.

[23]. Yuan, Y.B., Chen, Y.Y., Wu, W.P., Qi, K.J., Xie, Z.H., Yin, H., Zhang, S.L., & Wu, X. (2024). Regulatory network analysis reveals gene‒metabolite relationships in pear fruit treated with methyl jasmonate. Plant Physiology and Biochemistry, 216, 109176.

[24]. Su, Z.Y., Han, C.Y., Qiao, Q.H., Li, C.H., Dong, H.Z., Wang, X., Qi, K.J., Xie, Z.H., Huang, X.S., & Zhang, S.L. (2024). Genome-wide analysis of the family 10 plant pathogenesis-related proteins in Pyrus bretschneideri and functional analysis of PbrMLP for Colletotrichum fructicola resistance. Horticulture Advances, 2(1).

[25]. Wang, Y., Liu, Y.T., Zhang, Y., Sun, X.L., Fei, N., Xie, Z.H., Qi, K.J., Sun, X., & Zhang, S.L. (2024). PbrATG6 modulates reactive oxygen species metabolism and interacts with PbrTLP15 synergistic enhancement of pear resistance to Botryosphaeria dothidea. International Journal of Biological Macromolecules, 281, 136663.

[26]. Gong, X., Qi, K.J., Zhao, L.Y., Xie, Z.H., Pan, J.H., Yan, X., Shiratake, K., Zhang, S.L., & Tao, S.T. (2024). PbAGL7–PbNAC47–PbMYB73 complex coordinately regulates PbC3H1 and PbHCT17 to promote the lignin biosynthesis in stone cells of pear fruit. The Plant Journal., tpj.17090.

[27]. Zhang, F.H., Wang, Q., Li, H.T., Zhou, Q.Y., Tan, Z.H., Zu, X.C., Yan, X., Zhang, S.L., Ninomiya, S., Mu, Y., & Tao, S.T. (2024). Study on the Optimal Leaf Area-to-Fruit Ratio of Pear Trees on the Basis of Bearing Branch Girdling and Machine Learning. Plant Phenomics, 6.

[28]. [28] Zhang, F. H., Wang, Q., Yuan, K.L., Xie, Z.H., Qi, K.J., Li, W., Gong, X., Zhang, S.L., & Tao, S.T. (2024). Genome-wide analysis of the PME gene family reveals its role in suppressing fruit lignification in pear. Horticulture Advances, 2(1).

[29]. Wang, Y.L., Wang, Q., Zhang, F.H., Han, C.Y., Li, W., Ren, M., Wang, Y.Y., Qi, K.J., Xie, Z.H., Zhang, S.L., & Tao, S.T. (2024). PbARF19-mediated auxin signaling regulates lignification in pear fruit stone cells. Plant Science, 344, 112103.

[30]. Wang, Q., Wang, Y.Y., Zhang, F.H., Han, C.Y., Wang, Y.L., Ren, M., Qi, K J., Xie, Z.H., Zhang, S.L., Tao, S.T., & Shiratake, K. (2024). Genome-wide characterisation of HD-Zip transcription factors and functional analysis of PbHB24 during stone cell formation in Chinese white pear (Pyrus bretschneideri). BMC Plant Biology, 24(1).

[31]. Ren, M., Wang, Q., Zhang, F.H., Wang, Y.L., Wang, Y.Y., Li, W., Qi, K.J., Xie, Z.H., Zhang, S.L., & Tao, S.T. (2024). Genome-wide identification of the GAox gene family and functional characterization of PbGA3ox4 during stone cell formation in Chinese white pear. Scientia Horticulturae, 330, 113063.

[32]. Liu, X.Y., Zhang, H., Liu, Z.Q., Tang, C., Lv, S.Z., Qian, M., Zhang, N.Y., Zhang, S.L., Wu, J.Y., & Wang, P. (2024). PbrMYB186 activation of PbrF3H increased flavonol biosynthesis and promoted pollen tube growth in Pyrus. Molecular Horticulture, 4(1).

2. 获批专利

[1]. 一种梨几丁质酶、其编码基因及其在提高植物抗病中的应用。授权专利号：ZL202110943772.9，完成人：张绍铃、陈启明、黄小三、董慧珍、齐开杰、殷豪、乔鑫、谢智华、乔清海，公告日：2024年1月30日；

[2]. 一种梨bZIP类转录因子PubZIP914及其应用。授权专利号：ZL202310479342.5，完成人：张绍铃、陈杨杨、殷豪、吴潇、王肖华，公告日：2024年2月9日；

[3]. 梨保卫细胞钾离子吸收通道基因PbrKAT1及其应用。授权专利号：ZL201811559176.5，完成人：吴巨友、陈国栋、王莉、张绍铃、齐开杰、谢智华、殷豪、谷超、王鹏、黄智，公告日：2024年3月8日；

[4]. 一种利用预换液技术提高梨花粉管细胞壁甲酯化果胶染色效果的方法。授权专利号：ZL202211079148.X，完成人：吴巨友、朱晓璇、汤超、王鹏、张绍铃，公告日：2024年6月14日；

[5]. 梨醛脱氢酶PusALDH1及其编码基因和应用。授权专利号：ZL202210578314.4，完成人：张绍铃、吴潇、殷豪、陈杨杨、齐开杰、曹鹏，公告日：2024年6月14日；

[6]. 一种体内检测ROP蛋白活性的方法。授权专利号：ZL202110904455.6，完成人：吴巨友、张皓、刘雪莹、曹鹏、张明亮、王鹏、张绍铃、谢智华、齐开杰，公告日：2024年7月9日；

[7]. 梨转录因子PbrMYB65与PbrACO2基因启动子互作在调控果实柠檬酸异构化中的应用。授权专利号：ZL202311391230.0，完成人：张绍铃、张旭、朱丽娟、王利斌、张苏玲、乔鑫、张琛、谢志华、贾璐婷、原瑞鸿、谷朋、王达、张臻、齐开杰、马敏，公告日：2024年10月1日；

[8]. Gene PpHSP21 with black spot disease resistance in Pyrus pyrifolia and its applications in improving black spot disease resistance in plants（美国专利）。授权专利号：US11946062B2，完成人：张绍铃、黄小三、邢才华、乔清海、谢智华、林立锟、齐开杰、董慧珍，公告日：2024年4月2日。