落叶松形成层活动中CDKB、CYCB表达调控和功能研究

In view of the importance of cambium activity for wood yield and quality, we have identified cell cycle regulators which are strongly expressed at the active stage of cambium activity, including four CDKBs, four CYCBs and 11 MYBs, suggesting that tight relationships exist between their expression and cambium cell division, and MYB control of CDKB and CYCB expression is involved in cambium activity. To further reveal how the expression of CDKB and CYCB is regulated and the functions of them during the seasonal activity of cambium, we will further study the histone H2B monoubiquitination (H2Bub) and MYB regulation of CDKB and CYCB expression using chromatin immuno precipitation, yeast one hybrid and tangential cryosectioning methods; and reveal their functions by detecting the wood yield and quality after their over-expression in larch. The results will provide more insights into the genetic basis of the formation of fast-growing phenotype and facilitate the cultivation of fast-growing trees.

形成层活动在决定木材产量和品质方面有着重要作用。通过比较落叶松形成层活动期和休眠期的转录组，我们已经鉴定出在形成层活动期高表达的细胞周期调控基因，包括4个cyclin-dependent kinase B基因（CDKB）、4个cyclin B基因（CYCB）和11个MYB转录因子基因（MYB），表明它们的表达和形成层细胞的分裂活动具有紧密的联系，且MYB对CDKB、CYCB的表达调控参与形成层细胞的分裂活动。为进一步揭示落叶松形成层活动中CDKB、CYCB的表达调控机理和功能，本项目将利用多种分子生物学方法，研究落叶松形成层活动中组蛋白H2B单泛素化修饰和MYB调控CDKB、CYCB表达的机理；在形成层区域特异过表达CDKB、CYCB，通过检测转基因植株中木材产量、材质等性状，揭示CDKB、CYCB在形成层活动中的功能。研究结果为培育速生林木提供理论依据。

温带地区树木的休眠解除和恢复活动过程与细胞周期基因的表达调控密切相关。然而，温度调控细胞周期基因表达的具体机制还不清楚。我们比较了落叶松活动期和休眠期的形成层结构和转录组，着重分析了细胞周期基因和转录因子的表达、它们之间的关系以及对温度的响应。结果表明，12个细胞周期基因和31个转录因子（17个家族）在活动期高表达，说明它们之间可能存在调控关系；启动子分析表明，12个细胞周期基因可能受到10个转录因子家族的调控；综合分析显示，来自7个家族的16个转录因子与10个细胞周期基因之间可能存在73个调控事件，而酵母单杂交和双荧光素酶实验证实了其中的2个，涉及到2个转录因子（LaMYB20和LaRAV1）和2个细胞周期基因（LaCDKB1;3和LaCYCB1;1），且LaCDKB1;3和LaCYCB1;1相互作用。最后，我们发现LaRAV1和LaCDKB1;3在休眠解除和恢复活动过程中具有相同的表达模式，进一步表明它们参与落叶松的休眠解除和恢复活动过程。此外，我们还发现过表达LaCDKB1;2可以促进落叶松原胚团细胞的增殖、体胚的产量和质量。这些结果不仅有助于解析温度调控细胞周期基因表达的具体机制，也有助于理解气候变化背景下温度调控树木生长发育的机理，为林木培育提供理论基础。