杨树PtSND2,PtSND3基因在木质发育中的功能研究

林木作为重要的可再生生物资源，具有良好的社会、经济和生态效益。林木的次生木质纤维是重要的工业原料。林木次生木质部的形成主要包括纤维素、半纤维素和木质素的生物合成及组装。许多酶类和蛋白都参与这一复杂的过程，而编码这些蛋白的基因在转录水平上受一些转录因子的精细调控。NAC蛋白是其中的一类植物特异性转录因子，其N 端含有一个保守的NAC结构域，C端是转录激活功能区。拟南芥NAC家族成员中的SND (Secondary Wall-Associated NAC Domain Protein)类转录因子在植物次生木质部形成中特异表达，是次生木质发育基因调控的关键因子。我们从杨树中分离了两个SND基因：PtSND2和PtSND3，本项目拟用分子、遗传、细胞生物学的方法分析这两个转录因子在木本模式植物杨树次生木质发育中的功能，并对这两个转录因子进行遗传操作来创造新的种质资源，为林木的遗传改良提供理论基础。

NAC转录因子在木质发育的次生壁合成中起重要作用。本项目中，我们用嵌合抑制子基因沉默技术来研究杨树次生壁合成相关NAC蛋白2（PtSND2）的功能。RT-PCR、亚细胞定位及转录活性分析表明PtSND2是一个木质发育相关的转录因子，在酵母中具有明显的转录活性，并且该转录活性可以被转录因子抑制子（SRDX）抑制。过表达PtSND2-SRDX的转基因杨树表现功能缺失的表型，根、茎、叶的生长发育都受到明显的抑制。转基因杨树叶片主脉中维管组织的发育明显受到抑制，并且一些和次生发育相关基因的表达也明显降低。转基因杨树茎的次生生长也明显减少，木质纤维次生细胞壁的厚度明显变薄；纤维素和木质素的含量明显降低，并且一些和木质发育相关基因的表达也受到了抑制。转基因杨树茎中活性IAA的含量明显降低；进一步研究发现，IAA含量的改变可能是由于IAA-氨基酸合成基因的上调表达和生长素运输基因的下调表达引起的；一些Aux/IAA、ARF基因的表达也受到明显的抑制。基因芯片分析发现一些激素合成及信号转导基因、次生发育相关基因的表达发生明显的变化。此外，在杨树中过表达PtSND2基因不能提高杨树的生长速度。我们的研究表明PtSND2及其同源基因在杨树的生长发育中起重要作用，尤其在杨树茎的次生发育中。