马尾松孢子叶球性反转发生机理研究

Pinus massoniana is a high-quality coniferous species in the south of China. The poly-cones character with high hereditary stability has a high potential application value on improving seed production. That is the result of sex reversal between the microstrobilus and megastrobilus. The project intends to use morphological and anatomical observation to research the time of the sex reversal, then determine the dynamic changes of endogenous substances before and after the sex reversal to discuss the physiological basis of sex reversal, and applies to the Suppression Subtractive Hybridization (SSH) and cDNA Microarray to study the associated gene differential expression on the process of the sex reversal and to discuss the sex reversal mechanisms, which can provide the basis and strategies to regulate the reproductive growth of Pinus massonia in seed orchard and promote the excellent character of poly-cones application in production as soon as possible.

马尾松是我国南方最主要的优质针叶用材树种，多球果性状具有很高的稳定性，在提高种子产量上有很大的潜在应用价值，该性状是大、小孢子叶球性反转的结果。本研究拟利用形态与解剖观察，研究性反转发生的时间，通过测定大、小孢子叶球性反转前后内源物质的动态变化，研究马尾松大、小孢子叶球性反转的生理基础，利用抑制消减杂交（SSH）和cDNA 芯片研究性反转过程中相关基因差异表达，探讨马尾松孢子叶球性反转发生的机理，为种子园生殖调控提供理论基础和策略，促进马尾松多球果这一优良性状早日应用于生产。

马尾松是我国南方最主要的优质针叶用材树种，多球果性状具有很高的稳定性，在提高种子产量上有很大的潜在应用价值，该性状是小孢子叶球性反转的结果：一种是在8月份马尾松花芽分化过程中出现的，另一种是在3-4月份小孢子叶球在发育过程中进行的。性反转形成的大孢子叶球败育发生在雌配子体发育阶段。在马尾松花芽分化及发育过程中，多球果枝相对于单球果枝和对照针叶中可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白质含量发生比较明显的变化。马尾松花芽原基开始发育时，多球果花芽中激素的含量发生了明显的变化：GA1+3含量明显升高；IAA、ZR、ABA含量均呈现先升后降的趋势，POD、IAAO活性均发生明显变化；多球果枝上的大、小孢子叶球之间差异基因4758条，正常球果枝上的大、小孢子叶球之间差异基因5550条，多球果枝上的小孢子叶球性反转为双性孢子叶球的差异基因1188条。多球果枝上的大、小孢子叶球之间差异基因4758条，正常球果枝上的大、小孢子叶球之间差异基因5550条，多球果枝上的小孢子叶球性反转为双性孢子叶球的差异基因1188条。小孢子叶球性反转为双性孢子叶球的过程中所特有的差异基因有69条，其中赤霉素途径和光周期途径中的基因在发生性反转的双性孢子叶球中存在明显差异表达。从马尾松中克隆得到CONSTANS同源基因，命名为PmCO1，全长为1448bp, 其开放阅读框为1329bp，编码442个氨基酸,在性反转形成的大孢子叶球的表达量最高，叶中最低。说明PmCO1基因在马尾松孢子叶球的性别分化过程中起一定的作用。获得马尾松GID1全长，命名为PmGID1，全长1062bp，编码353aa。从尚未发生性反转的小孢子叶球→性反转中的双性孢子叶球→性反转形成的大孢子叶球这一发育过渡状态中，PmGID1的表达量逐渐增加，克隆了三条NAM基因，分别编码587，274，351aa。PmNAC3则对马尾松小孢子叶球的发育最明显，展现出明显的性别偏向表达，可能作为花器官形成相关基因的下游调控因子而发挥相关功能的。本研究结果可为马尾松种子园生殖调控提供理论基础。