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苹果(Malus)是一类重要的栽培果树，其含有的类黄酮化合物不仅影响花果色泽，也参与调控了植物生长发育和对逆境胁迫的抵御。本研究利用不同花色基因型的苹果属植物，在分离鉴定出3种山奈素苷化合物的基础上，分析了花中类黄酮含量与果实种子数量之间的关系、不同类黄酮化合物之间的竞争合成及调控机制，以及山奈素苷对种子数量的影响机制，进一步丰富了苹果属植物类黄酮代谢的生物学功能。主要结果如下：
1．苹果属植物花不同组织中山奈素苷与花色苷含量呈负相关，与果实种子数量呈正相关。
通过多种色谱手段，从苹果属花瓣分离纯化出3个山奈素苷化合物，经过液相-质谱联用和核磁共振鉴定，3个化合物分别为：山奈素-3-木糖苷(kaempferol3-O-β-xylopyranoside)、山奈素-3-阿拉伯糖苷(kaempferol3-O-α-arabinofuranoside)和山奈素-3-鼠李糖苷(kaempferol3-O-α-rhamnopyranoside)。通过分析14个基因型苹果属植物不同组织器官发现，山奈素苷主要在花中积累，在叶片和果实中含量极低。并且，白花基因型花瓣、雌蕊和雄蕊中积累相对更多的山奈素苷和较少的花色苷，红花基因型则积累相对更多的花色苷和较少的山奈素苷。将花中花色苷和山奈素苷的含量分别与果实种子数量进行相关性分析发现，花色苷含量与种子数量呈现负相关，相关系数为ρ=-0.868，山奈素苷含量与种子数量呈现正相关，相关系数为ρ=0.642。在皇家嘎啦(Malus domestica ‘Royal Gala’)中过表达MdMYB10，果实种子数量显著下降。
2．类黄酮3’-羟化酶(F3’HII，flavonoid 3’-hydroxylase)和黄酮醇合成酶(FLS， flavonol synthase)调控了苹果属植物花中山奈素苷和花色苷合成之间的竞争。
通过分析苹果属植物类黄酮合成途径关键基因F3HI、F3HII、FLS、二氢黄酮醇还原酶(DFR，dihydroflavonol 4-reductase)、花色素合成酶(ANS，anthocyanidin synthase)和UDP-单糖：类黄酮糖基转移酶(UFGT ， UDP-glycose: flavonoid 3-O-glycosyltransferase)在花3个不同发育时期、叶片和果实中的表达量发现，在花发育早期，与红花基因型相比，白花基因型中F3’HII表达量相对较低而FLS表达量相对较高，在发育后期，两类基因型之间的基因表达无明显差异。此外，F3’HII和FLS在两类基因型的叶片和果实中的表达量没有显著差异。通过对比分析不同组织部位的基因表达发现，F3’HII在花中的表达量显著低于其在叶片和果实中的表达量，FLS则相反。过表达MdMYB10皇家嘎啦的花中，MdF3’HII的表达量显著提高而MdFLS的表达量显著降低。与此同时，转基因花中积累相对更多的花色苷和较少的山奈素苷。在GL3苹果中干扰MdF3’HII的表达，转基因叶片中山奈素苷含量显著提高，而MdFLS的表达不受影响。在拟南芥野生型(Col-0)和F3’H突变体(tt7)中过表达MdF3’HII均提高了其叶片和花序中槲皮素/山奈素的比值。这些结果都表明，F3’HII和FLS调控了不同基因型苹果属植物花中山奈素苷和花色苷合成之间的竞争。
3．山奈素苷通过调控花粉管的伸长，从而影响了苹果属植物果实的种子数量。
人工授澳洲青苹(M. domestica ‘Granny Smith’)花粉后，对比分析野生型皇家嘎啦和过表达MdMYB10转基因株系花柱中花粉管的伸长情况发现，花粉管在MdMYB10过表达的花柱中的伸长速度显著慢于在野生型中的伸长速度。在生长培养基中外施不同类黄酮化合物处理不同基因型苹果属植物的花粉4h后发现，槲皮素苷和花色苷几乎不影响花粉管的生长，而山奈素苷，尤其是山奈素-3-鼠李糖苷，则显著促进了花粉管的伸长。通过转录组和定量表达分析发现，山奈素-3-鼠李糖苷调控了苹果花粉管伸长相关基因，如：热激蛋白基因、小GTPase和MAPK信号相关基因、微管运动基因等的表达。并且，外施山奈素-3-鼠李糖苷显著提高了花粉管尖端的Ca2+的富集，且这种促进作用在同时外施Ca2+螯合剂EGTA时消失，且花粉管伸长受到显著抑制。这表明山奈素-3-鼠李糖可能通过调控上述基因的表达和Ca2+信号通路影响了花粉管的伸长。在红花基因型亚当海棠(M. ‘Adams’)和绚丽海棠(M. ‘Radiant’)的雌蕊柱头上外施山奈素-3-鼠李糖苷，果实种子数量显著增加。进一步使用拟南芥F3’H突变体(tt7)过表达MdF3’HII后，发现其种子数量恢复到野生型水平。这些结果都表明，山奈素苷通过调控花粉管的伸长影响苹果属植物果实的种子数量。
1．苹果属植物花不同组织中山奈素苷与花色苷含量呈负相关，与果实种子数量呈正相关。
通过多种色谱手段，从苹果属花瓣分离纯化出3个山奈素苷化合物，经过液相-质谱联用和核磁共振鉴定，3个化合物分别为：山奈素-3-木糖苷(kaempferol3-O-β-xylopyranoside)、山奈素-3-阿拉伯糖苷(kaempferol3-O-α-arabinofuranoside)和山奈素-3-鼠李糖苷(kaempferol3-O-α-rhamnopyranoside)。通过分析14个基因型苹果属植物不同组织器官发现，山奈素苷主要在花中积累，在叶片和果实中含量极低。并且，白花基因型花瓣、雌蕊和雄蕊中积累相对更多的山奈素苷和较少的花色苷，红花基因型则积累相对更多的花色苷和较少的山奈素苷。将花中花色苷和山奈素苷的含量分别与果实种子数量进行相关性分析发现，花色苷含量与种子数量呈现负相关，相关系数为ρ=-0.868，山奈素苷含量与种子数量呈现正相关，相关系数为ρ=0.642。在皇家嘎啦(Malus domestica ‘Royal Gala’)中过表达MdMYB10，果实种子数量显著下降。
2．类黄酮3’-羟化酶(F3’HII，flavonoid 3’-hydroxylase)和黄酮醇合成酶(FLS， flavonol synthase)调控了苹果属植物花中山奈素苷和花色苷合成之间的竞争。
通过分析苹果属植物类黄酮合成途径关键基因F3HI、F3HII、FLS、二氢黄酮醇还原酶(DFR，dihydroflavonol 4-reductase)、花色素合成酶(ANS，anthocyanidin synthase)和UDP-单糖：类黄酮糖基转移酶(UFGT ， UDP-glycose: flavonoid 3-O-glycosyltransferase)在花3个不同发育时期、叶片和果实中的表达量发现，在花发育早期，与红花基因型相比，白花基因型中F3’HII表达量相对较低而FLS表达量相对较高，在发育后期，两类基因型之间的基因表达无明显差异。此外，F3’HII和FLS在两类基因型的叶片和果实中的表达量没有显著差异。通过对比分析不同组织部位的基因表达发现，F3’HII在花中的表达量显著低于其在叶片和果实中的表达量，FLS则相反。过表达MdMYB10皇家嘎啦的花中，MdF3’HII的表达量显著提高而MdFLS的表达量显著降低。与此同时，转基因花中积累相对更多的花色苷和较少的山奈素苷。在GL3苹果中干扰MdF3’HII的表达，转基因叶片中山奈素苷含量显著提高，而MdFLS的表达不受影响。在拟南芥野生型(Col-0)和F3’H突变体(tt7)中过表达MdF3’HII均提高了其叶片和花序中槲皮素/山奈素的比值。这些结果都表明，F3’HII和FLS调控了不同基因型苹果属植物花中山奈素苷和花色苷合成之间的竞争。
3．山奈素苷通过调控花粉管的伸长，从而影响了苹果属植物果实的种子数量。
人工授澳洲青苹(M. domestica ‘Granny Smith’)花粉后，对比分析野生型皇家嘎啦和过表达MdMYB10转基因株系花柱中花粉管的伸长情况发现，花粉管在MdMYB10过表达的花柱中的伸长速度显著慢于在野生型中的伸长速度。在生长培养基中外施不同类黄酮化合物处理不同基因型苹果属植物的花粉4h后发现，槲皮素苷和花色苷几乎不影响花粉管的生长，而山奈素苷，尤其是山奈素-3-鼠李糖苷，则显著促进了花粉管的伸长。通过转录组和定量表达分析发现，山奈素-3-鼠李糖苷调控了苹果花粉管伸长相关基因，如：热激蛋白基因、小GTPase和MAPK信号相关基因、微管运动基因等的表达。并且，外施山奈素-3-鼠李糖苷显著提高了花粉管尖端的Ca2+的富集，且这种促进作用在同时外施Ca2+螯合剂EGTA时消失，且花粉管伸长受到显著抑制。这表明山奈素-3-鼠李糖可能通过调控上述基因的表达和Ca2+信号通路影响了花粉管的伸长。在红花基因型亚当海棠(M. ‘Adams’)和绚丽海棠(M. ‘Radiant’)的雌蕊柱头上外施山奈素-3-鼠李糖苷，果实种子数量显著增加。进一步使用拟南芥F3’H突变体(tt7)过表达MdF3’HII后，发现其种子数量恢复到野生型水平。这些结果都表明，山奈素苷通过调控花粉管的伸长影响苹果属植物果实的种子数量。