杂种落叶松生根力变异及其分子机理研究

本项目以日×长等杂种落叶松不同杂交组合亲本及F1子代为研究对象，综合运用植物生理学、组织学、分子生物学等技术与方法，从生根性状、生化代谢、蛋白质组学多个角度系统地开展杂种落叶松生根变异及其分子机理的研究，探讨杂种落叶松组合间生根性状、激素水平及分子水平遗传变异规律，揭示亲本与杂种F1子代之间生根力遗传机制，采用双向电泳技术鉴定生根过程中的差异蛋白，找到与生根相关的关键蛋白，分析特定时期的蛋白功能，实现从蛋白和基因表达水平上研究生根变异的分子机理及杂种插穗生根能力预测。该项目的研究成果将对提升落叶松遗传改良水平，推动我国杂种落叶松的无性利用，提高落叶松人工造林的良种使用率具有重要的理论和现实意义。

本项目以杂种落叶松无性系为研究对象，运用植物生理学、组织学、分子生物学等技术，从生根性状、生化代谢、蛋白质组学、转录组学多个角度开展杂种落叶松生根变异及其分子机理的研究。主要结果如下：.（1）杂种落叶松不定根发育生理学研究.不定根发育大约55-60天，其中扦插第14-18天、25-30天、35-40天分别是不定根发育的诱导期、原始细胞形成期和根原基形成伸长期。继代繁殖有效延迟母株的老龄化进程，对于生根率低的母株效果尤为明显。不定根的发育离不开激素的调节，母株的激素水平，尤其是IAA和ABA，是影响无性系插穗生根的关键因子。外源IBA处理显著提高了不定根诱导前期IAA含量、抑制ABA含量。激素比值IAA+GA+ZR /ABA的变化与生根性状的高度相关，可以作为插穗生根能力的判定指标。.（2）杂种落叶松不定根发育蛋白组学研究.通过对不同无性系（不同基因型）和IBA诱导下同一无性系（相同基因型）插穗不定根发育关键期差异表达蛋白功能分析，认为插穗不定根发育的分子机制表现在以下两个方面：.1）碳和能量代谢调控不定根形成发育。无论是不同无性系还是IBA诱导下同一无性系插穗不定根发育过程中都能鉴定到大量碳和能量代谢相关蛋白，这些蛋白在生根较好的无性系或IBA处理下显著上调表达，尤其是在不定根诱导期，为形成层细胞分裂和新细胞合成提供稳定的碳水化合物和能量来源，促进不定根原始细胞的形成。.2）信号转导调控不定根的形成发育。从不同无性系和IBA诱导下同一无性系插穗不定根发育过程中鉴定到生长素信号转导相关蛋白，这些蛋白在生根较好的无性系或IBA处理下显著上调表达。不定根诱导前期，内源IAA出现瞬时高峰，高于生长素信号转导中IAA的阈值；同时泛素降解相关蛋白上调表达，降解生长素信号转导途径中的抑制因子，共同促进IAA信号转导通路中下游基因的表达，调控不定根的形态建成。.（3）杂种落叶松不定根发育转录组学研究.利用454技术，得到957832 raw reads，其中95.07%高质量序列被拼接成45137 contigs和61647 singlets，为不定根发生主效基因筛选及功能验证提供参考。代谢途径分析表明，多胺合成和逆境响应代谢调控不定根的发生，并在蛋白水平得到验证。鉴定了1477个SSR序列，为进行落叶松及其同属物种的基因组差异性分析、遗传图谱构建等研究提供基础。