楸树嫩枝扦插不定根发育的转录组分析

Catalpa bungei is one of the important cultivated species in the Catatpa scop.Catalpa bungei is characterized as fast growing and excellent wood qualities but the rate of adventitous root of the softwood cutting is low.With the development of economy in China,the requirement for Catalpa bungei was fast increased.Now, most seedlings of Catalpa bungei were generated by grafting,but high costing and serious disease were the major disadvantages. Therefore,it is very important for Catalpa bungei breeding to illustrate the molecular mechanism of adventitous root of softwood cutting at present. Up to now, there was not report on transcriptome analysis of adventitous root of softwood cutting of Catapa bungei because of poor research foundation.In this study,transcriptome of adventitous root during the four stages of softwood cutting in Catalpa bungei was researched using RNA-sequencing.The major objective of transcriptome analysis was to find primary the signal pathways and important genes through bioinformatics tools and methods (BLAST, GO and KEGG).The softwood cutting rate, number of adventitious root and length of the longest adventitous root was investigated in this study. And then the QTL of adventitous root were detected by association analysis. The objective of this study was to lay the foundations for the molecular breeding of improving the softwood cutting rate of Catalpa bungei.

楸树是梓树属中重要的栽培树种之一，其生长速度快和材质较好。随着经济的发展，我国对楸树的需求越来越大，但是楸树扦插生根困难，嫁接育苗是目前主要的育苗方法。但是该方法存在育苗成本高，病虫害严重等问题，限制了楸树的大面积推广。因此揭示楸树嫩枝扦插生根的分子机制并培育易扦插生根的楸树品种是目前急需解决的问题。由于楸树的研究基础较差，对其扦插生根的分子机制的研究还未见报道。本研究以扦插生根率高的楸树品种豫楸1号为研究对象，利用RNA-seq测序对不定根发育的4个时期的转录组进行BLAST、GO及KEGG等分析，发掘调控不定根发育的主要的代谢途径和重要的基因。同时设计EST-SSR引物结合关联作图，发现与不定根发育相关的贡献率大的QTL。本研究目标是发现楸树嫩枝扦插生根的基因调控网络，发掘与扦插生根率相关的贡献率大的QTL，从而为利用基因工程育种手段改良楸树提供科学依据，具有重要的科学意义和应用价值。

楸树是我国传统栽培的优质用材树种，素有“木王”的美称。扦插繁殖是楸树的主要繁殖方式，但扦插生根分子机制的研究还鲜有报道。本研究利用Illumina测序技术分别对楸树嫩枝扦插不定根发育中的愈伤期和生根期进行转录组测序，发掘与楸树不定根发育相关的基因，开发EST-SSR引物结合PCR技术扩增梓属108个无性系并联合无性系的表型进行关联分析，发掘与不定根发育相关的标记位点。.1、本研究通过转录组比较分析发现了4,992个差异表达基因，其中3,091个基因上调表达，1,901个基因下调表达；GO富集分析发现差异基因显著富集在‘RNA甲基化’、‘核糖体’和‘核糖体的结构成分’等3个GO条目；COG富集分析发现 ‘翻译、核糖体结构和生物起源’（355，22.71%）和‘无特殊功能蛋白’（352，22.52%）是包含差异基因最多的类别；差异基因还显著锚定到‘核糖体代谢’、‘光合捕光蛋白代谢’和‘光合代谢’等3个代谢通路。.2、利用BLASTX软件注释到377个转录因子基因，其中121个基因差异表达；在差异表达的转录因子中，AP2/ERF转录因子有18个，4个基因上调表达，14个基因下调表达；WRKY转录因子的数量为24个，6个基因上调表达，18个基因下调表达；MYB转录因子有11个，全部上调表达；注释到与生长素相关的基因有45个，差异表达的有7个基因；乙烯合成途径的基因有80个，差异表达基因有6个；茉莉酸合成途径的基因有15个，差异表达的基因有7个。.3、本研究中共检索到3,999个SSR位点，平均每7.51Kb含有1个SSR位点，SSR位点长度主要集中在11～25bp。在含有SSR位点的unigenes中，580个unigenes含有一个以上的SSR位点，484个SSR位点为复合位点。在所有SSR位点中，单碱基重复（1,957，48.93 %）所占的比例最大，出现次数最多的双碱基重复为AG/CT，出现次数最多的三碱基重复为AAG/CTT。.4、108份梓属无性系的扦插生根性状联合70对有多态的EST-SSR标记（共486个标记位点）进行了关联分析，GLM模型检测到6个标记位点与生根率极显著关联，5个标记位点与不定根数关联，3个标记位点与平均根长关联；MLM模型分析发现只有标记位CB018-340和CB019-175被检测出与生根数显著关联。