油菜素内酯响应基因EgrBZR在巨桉次生维管发育中的功能分析

Molecular mechanism of wood formation is very important for molecular breeding of wood properties. It was reported in the previous studies that brassinosteroid (BR) and its response gene BZR were involved in the secondary vascular development. In this project, the effect of exogenous BR on the secondary vascular differentiation and development will be studied. The expression patterns of brassinazole-resistant 1 (BZRI) gene family in different tissues and under treatments of different BR concentrations will be profiled by qRT-PCR, which will reveal the BR response mechanism in Eucalyptus grandis. Besides, EgrBZR gene family will be isolated and transformed into Arabidopsis and Eucalyptus. Phenotype analysis such as histochemical and physicochemical analysis in transgenic plants, gene expression change analysis by transcriptome, the yeast two-hybrid system and CHIP will be carried out to identify the regulatory networks of EgrBZR genes and molecular mechanism of wood formation. The results of this project will be useful for the improvement of molecular mechanism of wood formation and transgenic breeding of Eucalyptus.

木材形成的分子调控机制建立和完善是木材材性改良分子育种的基础，研究表明油菜素内酯及其响应基因BZR(BRASSINAZOLE RESISTANT)可能参与到次生维管组织的发育中。本研究以巨桉为材料，利用荧光定量PCR分析外源施加油菜素内酯（BR）对巨桉次生维管组织的分化和发育的影响过程中BR激活转录因子EgrBZR基因家族的响应模式，同时根据EgrBZR家族基因在不同组织的表达模式筛选出特异调控次生维管发育的EgrBZR基因家族成员。通过RT-PCR克隆分离EgrBZR家族基因，并进行拟南芥和桉树的遗传转化，对获得的转基因植株进行组织化学和生物化学等表型分析，采用酵母双杂交、染色质免疫共沉淀技术（CHIP）和高通量测序分析EgrBZR基因家族参与桉树木材形成的调控网络和作用机制，为木材形成的分子调控机制的完善和转基因桉树育种奠定基础。

油菜素内酯（BR）作为一种重要的植物激素，在植物细胞伸长、维管发育、木质部分化等生长发育过程中起到重要的调控作用。本研究通过外源施加油菜素内酯（24-epiBR）和其抑制剂BRZ处理巨桉生根幼苗，结果表明油菜素内酯能够促进巨桉茎的伸长和增粗，同时抑制根的伸长。进一步通过组织化学分析表明油菜素内酯能够促进根和茎中木质部细胞增加。在这个过程中，BR合成和信号转导基因能够响应这个过程，尤其是转录因子EgrBZR1和EgrBZR2基因在外施处理时表达量显著提高，施加BRZ时其表达量降低；同时在响应BR处理时，生长素、赤霉素等激素响应基因的表达发生不同程度改变，且参与次生维管组织和细胞壁合成相关基因的表达也发生变化。同时对桉树中的BZR1基因家族进行生物信息学分析，发现在桉树中有6个成员，具有相同的保守结构域，而且这些基因在响应生物和非生物胁迫中起着明显的作用。在此基础上，克隆了BZR1家族主要的4个基因和启动子，构建了相关载体，并进行了拟南芥和桉树的遗传转化。其在维管组织发育中的功能和调控机制在进一步研究中。