油桐高产突变体的创建及植物激素对油桐花发育的作用机理研究

Vernicia fordii (tung tree) is one of the most important oil plant. Tung oil is the traditional export supplies,which is now the short supply oil for industry purpose both at the domestic and internatinal markets.In recent years,tung tree is also listed in the important woody bioenergy plant in China. Its oil can be used as the raw material of biodesel. Therefore, it is a prospective field to develop tung tree cultivation. At present, low yield is the main problem of the tung tree production, which severly restrict the related industrial development. However, few study is found on its genetic resources creation and genetic modification. In this project, physical mutagenesis by ion beam implantation and γ-ray radiation will be designed to induce tung tree mutants for mutant library. The mutants of high yield and flower development will be selected for breeding material stock and basic research. As the quantity and the sex ratio of tung tree flowers are the main determination factors of the yield,and their developmental control are mainly from plant growth regulators; the mutant study will focus on the metabolism of plant growth regulators and the key gene expression analysis in their synthesis pathway, combining with the mechanism research of exogenous hormones on flower development, to reveal the regulation mechanism of plant growth regulators on tung tree flower development. The purpose of this project is to provide theoretic and technical support and accumulate the genetic resources for high yield breeding of tung tree.

油桐是重要的木本油料植物，桐油是我国传统的出口物资，在国际、国内市场上供不应求。近年来基于能源战略的需求，油桐又被列入国家大力发展的重要的木本生物能源植物，因而发展油桐种植产业具有广阔的发展前景。产量低是油桐生产目前面临的主要问题，然而有关油桐新种质创建、遗传改良的研究却很少。本研究拟利用离子束、γ-射线等物理诱变技术，进一步扩大和完善已有的油桐突变体库，从中筛选与产量性状相关的突变体。由于油桐花的数量、性别比等性状是油桐产量的最主要的决定因子，而这些性状的发育对于雌雄同株异花的油桐而言，最主要的调控作用来自于植物生长调节因子（激素）。本项目拟利用筛选到的花发育突变体，研究突变体中与花发育相关的主要植物生长调节因子的代谢变化及其合成途径关键基因的表达机制，并结合外源激素对油桐花发育的作用机制研究，揭示植物生长调节因子对油桐花的形成与发育的作用机理，为油桐高产育种提供优良种质资源和理论支撑。

油桐是重要的木本生物能源植物。桐油除了可以作为生物柴油原料油脂，也是国际、国内市场上供应不求的工业用油，发展油桐种植产业具有广阔的发展前景。产量低是油桐生产目前面临的主要问题。本研究获得了有应用前景的油桐突变体，建立了油桐的直接再生体系以及通过诱导愈伤的间接再生体系，可用于优良种质的快繁育苗和保存；发明了一种通过激素诱导可以提高油桐果实产量的方法，可广泛应用于实践中，同时该技术成果的推广应用对于提高油桐产量具有重要意义；通过形态学观察，油桐雌、雄花的发育可分为12个时期，在前6个时期，雌、雄花之间不存在明显的形态学差异。在发育时期7时，雌、雄花具有明显的形态学差异，即雌、雄花性别分化起始阶段，9月至10月油桐花性别分化起始期间。油桐雄花在形成过程中，始终保持单性花的状态；但油桐雌花首先经历两性期，之后由于雄蕊的退化，形成单性花。油桐雌花雄蕊的发育停滞在雌花发育时期10，花药分化不正常，小孢子母细胞无法完成减数分裂形成四分体。在随后的发育过程中，即停滞在减数分裂前。雌花雄蕊在花发育时期11时发生细胞凋亡，从而实现两性花向单性花的转变；转录组学表明，油桐雌花性别形态的形成受到茉莉酸（LOX2和LOX3）及其响应转录因子（GL3、MYB3、WRKY33、WRKY53和MYB73等）、和花分生组织活性的基因（SPLAYED和AGO10）影响。对油桐而言，我们推测JA具有组织或细胞特异性调节功能，从而促进雌蕊的分化而形成雌花的两性态特征；蛋白质组学表明，抗坏血酸过氧化物酶、天冬氨酸蛋白酶和亲环蛋白参与到雄蕊败育和雌蕊形成，可以作为油桐性别决定的候选基因。通过组学研究，筛选出了一些具有性别决定的候选基因，为油桐雌雄花性别分化的分子生物学研究提供了依据。