生长素与细胞分裂素调控杨树剥皮再生过程中次生维管组织模式重建的机理研究

Secondary vascular tissues, including cambium, secondary phloem and secondary xylem, play key roles in plant growth and development. The cambium meristem cells divide and differentiate into the secondary phloem outside and the secondary xylem inside, all of them form the secondary vascular tissue pattern. After bark girdling in trees, for example, in Populus, the secondary phloem and cambium are removed from the trunk along with the bark,and the secondary vascular tissue pattern is broken. While, the wounded tree will regenerate new bark and rebuild the pattern in about two weeks under certain conditions. In this study, the bark regeneration after girdling in vivo and in vitro will be investigated using wild type and transgenic poplar trees in order to reveal the regulation mechanisms of auxin and cytokinin on the secondary vascular tissue pattern rebuild during bark regeneration. Distribution dynamics of auxin and cytokinin during the process of bark regeneration and their roles on bark regeneration, roles of exogenous and endogenous auxin and cytokinin on expression pattern of key genes of secondary vascular tissue pattern formation will be also studied. The results will provide experimental data for understanding the mechanisms of plant regeneration and vascular tissue development.

次生维管组织由维管形成层、次生韧皮部和次生木质部组成，维管形成层细胞向外侧分化形成次生韧皮部，向内侧分化形成次生木质部，从而形成了有序的次生维管组织模式。本项研究将采用植物离体和活体剥皮再生实验系统，以普通杨树和生长素与细胞分裂素代谢、信号传导相关转基因杨树为材料，研究生长素、细胞分裂素在杨树剥皮再生过程中的分布动态、外源生长素与细胞分裂素以及生长素运输抑制剂对次生维管组织再生的影响、内源生长素与细胞分裂素合成、运输或信号转导改变对次生维管组织再生的影响，并进一步研究这些影响的发生机制，在此基础上探讨生长素与细胞分裂素调控植物剥皮再生过程中次生维管组织模式重建的机理。本项研究将为全面认识植物组织器官再生、次生维管组织发育的调控机制提供实验资料，也可为动物组织再生研究、再生医学研究提供借鉴。

利用杨树离体次生维管组织再生实验体系，研究了生长素、细胞分裂素处理对次生维管组织模式形成的作用。结果发现生长素可以诱导韧皮部及形成层的再生，且呈现浓度梯度依赖作用，是再生过程所必需的重要因子，并且生长素极性运输是次生维管组织再生过程中形成层发生的必要条件。而细胞分裂素仅可以诱导韧皮部的再生，却无法再生出形成层。用细胞分裂素相关转基因杨树、DR5标记转基因杨树为材料， 结合两种激素处理，研究韧皮部、形成层发育关键基因的表达，分析了两种激素在韧皮部及形成层再生的相互作用机制。研究结果显示生长素浓度梯度重建决定了新形成层的再生位置；而细胞分裂素可能通过阻断生长素浓度梯度的建立而影响了形成层的再生。利用病毒介导的基因沉没技术研究了Polycomb Repressive Complex 2（PRC2）蛋白复合体组分基因FERTILIZATION INDEPENDENT ENDOSPERM（NbFIE）通过调控生长素和细胞分裂素水平参与形成层组织模式形成和木质部细胞分化。此外，还建立了人工诱导树木休眠及休眠解除的实验体系，利用深度测序技术研究了MiRNA在维管形成层活动周期调控中的作用，研究了休眠解除过程中生长素水平变化的机制。