白桦叶缘缺刻变异相关基因的克隆与功能研究

Serration found along leaf margins shows species-specific characters. Whereas compound leaf development is well studied, the process of serration formation is largely unknown. CUC2 and PINs define the boundary domain around organs in the Arabidopsis thaliana meristem. CUC2 transcripts are targeted by a microRNA (miRNA), miR164, encoded by MIR164A, B, and C. Our previous study showed that, the IAA content of lobed in B. pendula 'Dalecarlica' was significantly higher than that of B. pendula and non-lobed in B. pendula 'Dalecarlica'. Transcriptome analysis indicated that, CUC2 and PINs genes were up-regulated in B. pendula 'Dalecarlica'. Interestingly, we found a CUC2 gene, CUC2t, was mutant in B. pendula 'Dalecarlica'. In this study, we will focus on the relationship between CUC2t and lobes of B. pendula 'Dalecarlica'. Furthermore, we will analysis the regulatory relationship between miR164 and CUC2, uncover the function of CUC2, PINs, and miR164 in the formation of B. pendula 'Dalecarlica'. Our study will provides insights into the morphological and molecular mechanisms for leaf development and tooth formation.

植物叶缘缺刻变异的遗传机理近年通过拟南芥研究逐渐清晰起来。叶缘缺刻的形成与生长素的极性运输产生浓度梯度密切相关，参与的基因主要有CUC2、PINs。此外，CUC2基因表达受miR164负调控。本项目前期测定裂叶桦叶片不同部位IAA含量时发现叶缘突起部分的IAA含量显著高于叶片中心部分和欧洲白桦叶片，转录组测序分析发现裂叶桦的BpCUC2基因发生突变，且BpCUC2、BpPINs等均呈现上调表达。为此本项目将研究突变基因BpCUC2t与叶缘缺刻形成的相关性，miR164与其靶基因BpCUC2的调控关系，验证miR164、BpCUC2、BpPINs基因的功能，该研究将为裂叶桦叶缘缺刻的机理解析及桦树叶型分子设计育种奠定基础。

植物叶缘缺刻的形成与生长素的极性运输产生浓度梯度密切相关，参与的基因主要有CUC2、PINs、miR164等。本项目从白桦基因组中克隆了BpCUC2t、BpCUC2、BpmiR164、BpNAC100 、BpPIN3等基因，构建了上述基因的植物过表达载体及miR164、BpPIN3基因的抑制表达载体，以白桦为对象进行了遗传转化，获得了转基因株系，确定了各基因的功能。其中，BpCUC2t基因与BpCUC2基因的过表达株系表现为节间缩短、叶片褶皱、主叶脉两侧的叶片呈现不对称生长、植株矮化等现象；BpmiR164的靶基因是BpCUC2，过表达BpmiR164的转基因株系生长量明显提高；BpPINS基因是激素极性运输载体，过表达与抑制表达BpPIN3基因的转基因株系，其根系发育受到影响，抑制该基因的转基因株系侧根明显增多；由于BpNAC100与BpCUC2为NAC家族成员，均为BpmiR164的靶基因，超表达、抑制表达和定点突变该基因的转基因白桦株系，多数苗高、地径生长较WT野生型低。. 在确定上述基因与白桦裂叶性状关系不大的情况下，采用混池分组分析法（Bulk Segregant Analysis, BSA）进行基因定位。利用裂叶桦×欧洲白桦的杂交子代的1个群体，将裂叶性状及正常性状的两个极端性状的子代分别混合成两个样本池进行基因组重测序，同时对亲本进行了重测序，比较两个群体及亲本在多态位点（SNP）的等位基因频率（AF）是否具有显著差异，检测与该性状相关联的位点并注释，将裂叶基因关联区定位在7号染色体7767924-9588667的区段，共1.82Mb，包含85个基因，最后采用卡方检测法确定了4个候选基因。