维管形成层活动周期调控关键转录因子和miRNA调控网络研究

Wood is the product of vascular cambium of trees, and the cambium shows seasonal cycles of activity and dormancy, which is known as annual periodicity. This periodicity plays important roles in the wood formation and environmental adaptivity of trees. In this study, the cycles of activity and dormancy of poplar tree will be induced in experimental conditions, and deep seguencing, bioinformatics, yeast-1-hybridization, yeast-2-hybridization and ChIP-qPCR techniques will be used to study the transcription factors, microRNAs and their interaction during the cambial activity periodicity. The results will provide the experimental data for understanding the regulatory mechanisms of cambial activity periodicity, and will also provide a theoretical basis for forest breeding and production with high yield and quality.

木材是树木维管形成层活动的产物, 维管形成层活动具有周期性。这种周期性是树木特有的、适应环境变化的一种分生组织细胞状态转变现象, 对于树木适应环境变化及木材产量、品质形成具有重要意义。本项目将以杨树为材料，利用杨树维管形成层活动周期诱导实验体系,结合高通量测序、生物信息分析、酵母单杂、酵母双杂、免疫共沉淀和ChIP-qPCR等实验技术，研究维管形成层被动休眠、生理休眠和快速生长等阶段转换过程中的关键转录因子和microRNAs及其相互作用关系，构建形成层活动周期调控关键转录因子和microRNA调控网络。研究结果将为全面揭示维管形成层活动-休眠这种分生组织细胞状态周期性转变的分子机制提供实验证据, 也将为林业优质高产树种的推广生产、定向选育提供理论依据。

利用杨树维管形成层活动周期人工诱导实验体系及第二代高通量测序技术，研究了形成层活动周期各阶段microRNA的表达模式，筛选出了一些维管形成层活动周期调控关键miRNAs，如miR160、miR165/6、miR169、miR172等，对miR169家族进行了进一步功能研究。同时，利用iTRAQ技术，研究了杨树形成层活动周期过程中蛋白质的差异，鉴定出了1996个差异表达蛋白，主要是信号传递、激素、能量代谢、逆境胁迫等相关蛋白，脂类和碳水化合物代谢在生理休眠期与被动休眠期转换过程中有重要作用。细胞壁多糖在形成层活动周期中变化明显，检测了果胶甲酯酶PMEs基因家族在杨树形成层发生、发育及活动周期中的表达变化，鉴定得到6个可能参与调节杨树维管形成层活动的PME基因。此外，利用杨树体外剥皮再生实验体系，研究了生长素和细胞分裂素在形成层发生及分化中的调控作用，发现生长素可诱导形成层及韧皮部筛分子的发生，生长素浓度梯度重建决定了新形成层的发生位置，细胞分裂素促使韧皮部筛分子发生，并且这种促进作用不依赖于生长素，但细胞分裂素不能诱导形成层发生，细胞分裂素可能通过阻断生长素浓度梯度的建立而影响了形成层的发生。