由居间分生组织调控的毛竹快速拔节生长的分子机理研究

The bamboo has been widely used as an important forest resource worldwide. Rapid elongation of internodes is an important character during bamboo life process, since its key impact on the bamboo yield. Although much effort was contributed to this trait, the precise molecular mechanisms underlying this process remain unknown. Reports revealed that intercalary meristem was important for the internode elongation. Our research focus on the process of intercalary meristem during the internode elongation, and aimed at: 1) revealing the relationship of plant hormon and internode elongation; 2) constructing the gene regulatory network involving the intercalary meristem during the internode elongation, and predicting key gene(s) for the internode elongation. The results of this research will not only provide genetic basis for the rapidly-elongating internodes, but also facilitate the marker assisted breeding for yield improving in bamboo.

竹子是一类特殊的森林资源，而幼竹快速拔节是竹子生长周期中的一个重要节点，决定了竹林生态系统的稳定性和笋用林的经济产量。究其本质原因是竹子具有长期旺盛分生能力的居间分生组织。虽然目前关于竹子速生的分子调控网络有较为深入的研究，但是针对节间分生组织快速分裂和伸长生长的分子基础研究尚未涉及。本研究将围绕竹子快速拔节生长这一特性，以节间居间分生组织为特定切入点，结合两方面研究揭示竹子快速拔节过程中节间居间分生组织的调控机制：（1）通过监控毛竹拔节生长过程中不同激素含量的动态变化，解析植物激素对竹子节间居间分生组织的调控作用；（2）利用不同时期节间居间分生组织的转录组数据筛选调控幼竹快速拔节的关键遗传因子，构建以居间分生组织为源头的基因表达调控网络。本研究的开展不仅可以为竹子速生性状的遗传解析提供理论依据，也将为推动竹子速生性状的分子标记辅助育种，提高笋用林经济产量提供关键线索。

竹子是高生长最快的一种植物，但其快速生长的机制研究还不够深入。本项目从毛竹笋生长速度测量、居间分生组织解剖观察、代谢物质测定、植物激素测定、转录组数据分析以及蛋白组数据分析等方面系统地解析毛竹笋快速生长的机理。.本研究将快速生长毛竹笋的节间分成三种类型：启动分裂节间SD，快速分裂节间RD和快速伸长节间RE。 测定三种节间可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖、纤维素、木质素含量。发现可溶性糖在SD、RD和RE节间，表现为先降低再上升的动态变化。蔗糖含量呈现逐渐递减的趋势，葡萄糖含量呈现逐渐递增的趋势。纤维素和木质素含量呈现逐渐增加的趋势，与薄壁细胞长度变化趋势一致，暗示着薄壁细胞的逐渐伸长与纤维素和木质素含量的增加是关联的。.测定三种节间植物激素的含量，发现玉米素（ZT）含量与SD到RD节间竹笋发育期间细胞快速分裂呈正相关，赤霉素GA3含量与RD到RE节间竹笋发育期间细胞快速伸长呈正相关。细胞快速分裂和伸长与（IAA+ZT+GA3）/ABA呈正相关.对三种类型节间进行转录组和蛋白组测序，筛选出节间差异表达基因8045个，1053个差异蛋白。分析差异基因和蛋白的功能发现，DNA结合、复制等过程在SD节间组织非常活跃，微管运动、淀粉与蔗糖代谢等过程在RD节间组织非常活跃，次生代谢物质合成、苯丙素生物合成、植物激素信号转导等过程在RE节间组织非常活跃。.总的来说，节间细胞通过调节细胞分裂周期相关基因调节细胞分裂，调节糖代谢相关基因调节能量提供，调节纤维素和木质素等的代谢相关基因控制细胞壁合成，调节植物激素含量变化以及信号转导相关基因调控竹笋形态建成，从而影响竹笋早期阶段（SD到RD阶段）细胞的快速分裂，中后期阶段（RD到RE阶段）细胞的快速伸长，调控竹笋阶段性的快速生长。本研究结果不仅可以为竹子速生性状的遗传解析提供理论依据，也将为推动竹子速生性状的分子标记辅助育种，提高笋用林经济产量提供关键线索。.