皱叶膏桐花芽分化及开花机理研究

Jatropha curcas belongs to Euphorbiaceae family, and it is an important bioenergy species with great potentiality. While up to now, its production is low, which has become the bottleneck of Jatropha curcas Industrial development. One of the major factor that leads to the low production is it has a small number of inflorescence, especially small female flower of it. The most effective way to the problem is to popularize new spicies or to regulate the flowering. Nigroviensrugosus is a cultivar of Jatropha curcas, with more flowers and higher yield. Studying on the flowering mechanism, observing the embryo development, filtering and cloning the gene related to bloom can provide strong theoretical basis for the new specice popularation and the bloom charging. The project will carry out the following research: first, study the anatomy of flower bud and embryo. Second, develope physiological and biochemical study of bloom and clarify the flower mechanism. Third, analyse differentially expressed genes related to bloom. The project will provide strong theoretical support for the more flowers and higher yield of nigroviensrugosus and theoretical guidance for the production.

膏桐是优良的生物柴油树种，随着膏桐种植业的发展，产量低越来越成为阻碍膏桐产业发展的瓶颈，限制其产量的主要因子是花量少，雌雄花比例低，因此多花高产品种的培育及推广和进行开花调控是解决产量问题最直接的方法之一。皱叶膏桐是近年培育的多花高产品种，对皱叶膏桐的生殖特性及开花机理进行深入研究，掌握其花芽发育过程、胚胎发育和花芽分化生理机制，筛选并克隆开花相关基因，从形态、生理、分子三个层次上阐明其开花机理，为新品种推广、膏桐开花调控提供理论依据。本研究将通过以下几方面研究皱叶膏桐开花机理： 1）花芽分化解剖学及胚胎学研究2）进行开花生理生化研究，阐明花芽分化的生理机制；3）基于转录组学的皱叶膏桐花芽分化差异表达分析。项目的开展，不仅为皱叶膏桐的多花高产提供理论支撑，也为生产上进行开花调控提供理论指导。

膏桐是优良的生物能源树种，限制其产量的主要因子是花量少，雌雄花比例低。皱叶膏桐是近年培育的多花高产品种。本项目以皱叶膏桐为研究对象，并与普通膏桐作对比，通过开花物候、花芽分化解剖学、成花光合生态特征、成花生理特征、内源激素分析，转录组差异分析等方面研究了皱叶膏桐花芽分化规律和影响花芽分化及雌雄花分化的主要时期、生理及基因差异表达，探究皱叶膏桐多花高产的生理与遗传基础。研究发现：皱叶膏桐和膏桐基因组序列差异小，亲缘关系近；在开花物候和花芽分化过程上，皱叶膏桐同膏桐相似，花序分化发育过程均可分为花序原基形成期—小花原基分化期—小花分化期—盛花期四个阶段。雌花为两性花起源，发育过程中雄蕊退化形成功能上的单性花，雄花为单性花起源。单个花序雌雄比要远高于膏桐。两种膏桐花芽不同发育阶段叶片δ13C值、Pn、Tr、Cs和Ci的差异均显著，皱叶膏桐的同化物主要用于花芽形成及雌花分化发育，膏桐的同化物主要用于花序形态建成及雄花分化发育。两种膏桐在花序原基形成期和小花原基分化期，ZR和ABA含量差异显著，皱叶膏桐中的（IAA+GA+ZR）/ABA比值比膏桐大。两种膏桐叶芽对光响应的基因表达上存在着显著的差异；两种膏桐在花序芽中的差异表达的基因数量最多，达1646条。植物激素信号传导途径参与了膏桐的性别分化和花芽形成的过程，而DELLA、MYC2、CYCD3等基因可能与皱叶膏桐花序芽形成过程中雄花原基的败育等过程以及雌花性别的决定相关。本研究结果可为皱叶膏桐栽培与普通膏桐的生殖调控提供依据和指导。