杨树种絮发育的分子调控机理研究

本研究针对杨树开花种絮造成的环境污染问题，以毛白杨为试材，在对种絮发育过程蒴果解剖分析的基础上，分析种絮发育过程中蒴果中糖含量与糖代谢酶的变化关系，探索种絮形成的生理生化依据；采用基因芯片杂交技术对种絮发育的基因表达规律进行分析，构建种絮发育的基因互作网络；分析发掘基因网络中调控种絮发育的关键节点基因，采用qPCR技术对关键基因进行特性分析；构建关键基因的正义表达载体和amiRNAi表达结构，转化拟南芥和杨树，进行一系列分析检测、生理生化分析、表型分析，对基因功能进行评价。从形态解剖、生理生化和基因表达三个层面进行关联分析，揭示种絮发育过程中基因表达调控的分子作用机制，并且获得种絮发育关键基因1-2个。本研究的开展不仅对于阐明毛白杨种絮发育的基因表达调控机理具有重要的理论意义，而且将为通过分子设计育种解决杨树种絮污染问题奠定较好的工作基础。

本研究以我国特有的毛白杨为试材, 通过对杨树种絮发育过程的形态解剖分析，初步阐明了杨树种絮的组织形态发生机制；通过分析种絮发育过程蒴果中糖含量与糖代谢酶的变化关系，探索种絮形成的生理生化依据；采用RNA-Seq技术，在转录组水平上，开展了杨树种絮发育过程的转录组学研究，鉴定出细胞壁相关基因与细胞伸长基因在种絮发育过程中发挥着重要作用；进而进行杨树转化酶基因家族成员的鉴定及表达分析。分离克隆了2个开花途径整合子基因PtFT1和PtFT2；系统分析了杨树花分生组织特征基因AP1的特性和表达模式。利用显性负突变结构AtAP1M3转化拟南芥和毛白杨，发现AP1基因控制植物开花时间和花器官形态建成。本研究填补了杨树种絮发育研究的空白。首次从形态发生、基因表达、生理生化三个层次探究了毛白杨种絮发育形成的机制。不仅可为杨树基因工程提供有价值的功能基因，而且对于阐明毛白杨开花调控的分子机制提供重要的理论基础；为缩短毛白杨育种周期，解决飞絮散粉问题提供重要的前期准备；同时对杨柳科、悬铃木等多年生木本植物的相关研究具有较高的借鉴价值。