年龄影响落叶松生长素应答反应的分子机理

Ageing is a key process in the life cycle of many forestry species and always implies the loss of some morphogenetic potentials, such as rooting ability in vegetative propagation. With tree aging, the responses to auxin in vegetative propagation become insensitive. However, little is known about the mechanism underlying this phenomenon. Here, based on the sensitivity of larch branches with different ages to auxin in rooting and water culture condition, we first analyse the expression patterns of larch homologous genes of auxin signalling components during larch aging by qPCR method and determine the genes with differential expression; then we clone the promoter sequences through genome walking method and DNA sequences of these genes, and detect the DNA methylation patterns in the promoter and DNA sequences during larch aging using bisulfite sequencing method; finally, we detect the effects of exogenous auxin on the expression and DNA methylation patterns of these genes in larch branches with different ages. The aim of this study is to shed light on the mechanism of loss of sensitivity to auxin with tree aging and extend the knowledge of the physiological and molecular changes in trees undergoing the aging process.

本项目将以落叶松为材料，应用解剖学、细胞学、分子生物学和生物信息学等多学科的研究方法，从不同年龄落叶松枝条对生长素差异反应着手，通过分析生长素信号转导基因在不同年龄枝条中及其应答响应生长素过程中的表达模式，研究年龄影响落叶松生长素应答反应的分子机理；通过对筛选出的差异表达基因及其启动子序列进行DNA甲基化位点分析，且检测它们在不同年龄落叶松枝条中及其应答响应生长素过程中的模式变化，研究年龄影响落叶松生长素应答反应的表观遗传学机制。研究结果对于阐述落叶松年龄增加过程中分生组织细胞自身分裂、分化活动的维持、衰老、对外部环境信号和内源激素信号的反应机制具有重要的意义，为林业生产实践中消除或利用年龄效应提供理论依据。

树木生长速率和木材形成受年龄影响。本项目检测了：（1）活动期不同年龄落叶松顶端主干形成层区域的形态结构和木材形成情况，发现形成层区域细胞层数随着树龄的增加先增加而后减少，这和木质部的宽度随年龄而发生变化的趋势一致，表明年龄影响落叶松侧生分生组织的活动；（2）休眠期不同年龄落叶松顶端当年生枝条中形成层细胞对生长素的响应，发现1年的落叶松枝条中形成层细胞对外源生长素比较敏感，而12年和50年的不敏感；（3）活动期不同年龄落叶松顶端主干的转录组变化，发现5年和2年的比较中，表达上升的基因大多和细胞分裂、生长相关，同时也和细胞死亡和细胞壁合成相关，而和10年相比，25年的落叶松中，这些基因都表达下调。这些数据初步表明，轮伐期内树木年龄的增加过程伴随着分生组织细胞活性的改变，多种激素和环境信号参与调控分生组织活动和细胞壁形成，为下一步深入研究年龄影响落叶松生长发育、木材形成和信号应答的分子机理奠定了基础。