白桦雄花早期发育转录组分析及重要基因功能鉴定

白桦（Betula platyphylla Suk.）与模式树种杨树（雌雄异株）不同，为雌雄同株，是研究单性花发育机制的理想材料。其雌雄花特异着生于枝条的不同部位，雌雄花均为轮次不全的不完全花，同年生的雌雄花存在严重的花期不遇现象，且雄花发育中途暂停，进行越冬休眠。本项目以白桦早期发育阶段的正常雄花和雄花突变体为试材，利用RNA sequencing技术分析白桦雄花早期发育的转录组及差异表达基因，并通过拟南芥突变体和转基因拟南芥方法对重要的基因进行功能分析。本项目将初步阐明白桦雄花早期发育中的基因调控网络及代谢途径，这将从分子水平上了解白桦雄花早期发育机制，对植物单性雄花发育的分子机理和生物化学研究有着非常重要的科学意义。

以白桦早期发育阶段的正常雄花和雄花突变体为试材，分析了白桦雄花早期发育的差异表达基因及转录组表达谱，获得了大量差异表达基因EST(s)序列，包括与花发育有关的基因；对花发育相关基因进行全长基因克隆、转录表达分析及遗传转化等功能初步研究。已发表相关论文10篇，其中本基金标注共6篇，其中SCI论文2篇（IF 2.0以上），国家一级A+级论文2篇，A类2篇。研究成果如下：（1）利用新一代高通量Solexa测序技术对白桦早期发育的正常雄花序和突变雄花序进行了转录组测序，共进行了 26,698,814 次读数，转录本分别为78942和57258个，二者的差异表达基因数量为1628个，其中1213个基因获得GO分类注释，638个获得COG分类注释，412个获得KEGG注释，涉及的代谢通路为201个。另外，通过生物信息学分析发现了花发育相关的功能基因。（2）建立了白桦的cDNA-AFLP体系，并对白桦雄花早期和晚期发育的差异表达基因进行了筛选鉴定。从中筛选出白桦雄花发育早期特异表达基因EST序列62条，这些EST功能涉及了代谢、细胞组分、生长和发育等途径。选出11个TDFs进行了转录表达分析。（3）分离了白桦SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE（SPL）基因SPL1，其cDNA全长405bp，编码134个氨基酸。将其过表达转化拟南芥，转基因株系莲座叶数量减少，开花提前。（4）分离了白桦SPL8，获得其cDNA全长为1230bp，开放读码框为930bp，编码309个氨基酸，包含一个高度保守的SBP域，命名为BplSPL8，其Genebank,登陆号为JQ354964。BplSPL8基因在不同组织均有表达，但在雄花序中最高，种子和成熟花粉中最低；BpSPL8可能与雄性不育有关。（5）分离了白桦非特异性脂质转移蛋白（nsLTPs）基因，命名为BplLTP1(JQ409562)，全长cDNA为638 bp，在单核小孢子阶段表达较高。外源脱落酸和水杨酸可引起BplLTP1上调表达，外源茉莉酸甲酯引起下调表达。BplLTP1表达可提高重组大肠杆菌菌株对盐(NaCl) 和干旱(聚乙二醇)胁迫的抗性。