IGT基因家族对树木分枝角度调控及材性发育影响的研究

Tree’s branch angle plays the critical roles in the tree architecture, photosynthetic efficiency and formation and so on. But the branch angle’s molecular regulation mechanism and influences on wood formation are not clear. This project will take clonal collection in National Germplasm Genebank of Salix psammophila as research resources, focus on their diversified branch angle and analyze IGT gene family’s function on branch angle and wood formation. The technologies of transferring gene and RNAseq will be applying in IGT gene function’s identification. The correlation between IGT gene family and wood formation will be studied. This project will reveal the branch angle’s molecular regulation mechanism and its influences on wood formation. It has important significance for understanding the tree’s important characters development and great value for tree’s molecular breeding in future.

树木分枝角度是涉及树木空间结构形成、光合效率、材性发育等多方面的一个重要树木育种性状，但目前对于树木分枝角度分子调控机制及其与材性发育之间的影响机制尚不明确。本研究拟利用国家沙柳（Salix psammophila Wang et Yang）无性系种质资源保存库的无性系聚群为研究资源，利用其多样化的分枝角度为研究特征，分析IGT基因家族对树木分枝角度调控及材性发育的影响，利用转基因和RNAseq技术进行候选基因功能鉴定，分析转基因植株中候选基因与材性发育中关键基因的相关性。本研究拟初步揭示树木分枝角度的可能分子调控机制及其对材性发育的影响，对于树木重要性状的形成研究具有重要意义，对于未来树木分子育种具有重要应用价值。

本项目克隆获得了IGT家族LAZY、TAC基因及与分枝相关基因数个基因，构建了目标基因的超表达载体、单基因和多基因编辑载体、亚细胞定位载体，转化并获得了转基因拟南芥和84K杨株系。研究表明，SpsLAZY基因定位在核内，SpsLAZY超表达转基因株系的表型分析明确了SpsLAZY基因超表达导致树木弯曲，形成应力木结构，同时对木材组成有影响；SpsTAC基因定位在膜与核内，SpsTAC基因超表达导致分枝角度的增大，茎的发育较野生型慢；SpsLAZY基因超表达转基因株系的相关基因表达和转录组分析表明，LAZY基因很可能调控着TAC、PIN1、PIN3、AHP2、MAX1 基因的表达，基因间有着复杂的调控关系，而且LAZY基因作为重力调控相关基因，在木本植物中很可能与细胞壁合成及激素调控途径有直接关系，从而影响着分枝角度和木材的组成。本研究初步揭示树木分枝角度调控基因对表型的影响，初步分析其可能分子机制，确认了这些基因与表型、材质的相关性。