多倍体泡桐表观遗传变异机理研究

Study on the changes of genes and proteins of paulownia with different polyploid by the analysis of DNA methylation, genome and proteome of tissue culture seedling of diploid, triploid and tetraploid Paulownia fortune. The regulatory network of epigenetic variation of polyploid Paulownia will be discussed and to explain the mechanism of epigenetic variation of polyploid Paulownia. These data will provide theoretical foundation and the scientific basis of the evolution mechanism of woods and the cultivation of new varieties of plants.

本项目以二倍体、三倍体和四倍体白花泡桐组培苗为研究材料，从DNA甲基化水平和表达模式、转录组测序和蛋白质组等多方面研究泡桐在倍性变化过程中的基因和蛋白质的表达变化情况，并对多倍体泡桐的表观遗传变异调控网络进行初步探讨，以明确多倍体泡桐的表观遗传变异的机理，从而为了解林木进化机制和优质林木新品种培育提供理论基础和科学依据。

泡桐是我国主要速生用材和农田防护林树种，分布于全国25个省（市）、自治区，在改善生态环境、保障粮食安全和提高农民收入等方面起着重要作用。本项目在分析多倍体植物特性基础上，进行多倍体泡桐表观遗传变异机理研究。采用MSAP技术分析多倍体泡桐的DNA甲基化水平和模式的变化；利用转录组、miRNA、降解组等组学分析技术，从整体水平研究多倍体泡桐优良特性的分子机理，鉴定多倍体泡桐的基因表达调控关系，从分子水平上揭示表观遗传变异的分子机理。课题组研究人员经过3年的辛苦工作，取得了显著成绩，主要研究结果有以下几个方面。. （1）三倍体泡桐种质创制。以二倍体白花泡桐和四倍体兰考泡桐植株为材料创制了三倍体泡桐新种质。三倍体泡桐新种质具有生长量大，生长速度快等特点，研究结果一方面丰富了泡桐种质资源，另一方面为其它林木新品种研究提供了新思路。. （2）培育出了优势突出、特性优良的四倍体泡桐新品种。利用现代生物技术结合常规育种方法，培育出了具有自然接干率高、抗逆性强和材质优良等特性的‘白四泡桐1号’等5个新品种，其中通过审定良种3个。四倍体泡桐新品种较其二倍体在自然接干率、抗病和耐盐等方面均有明显增强，解决了现有二倍体泡桐品种自然接干率低和抗逆性弱的问题。. （3）首次阐明了四倍体泡桐新品种优良特性的分子机理。通过转录组、miRNA和降解组等组学研究，发现了二倍体泡桐及其四倍体的遗传差异，鉴定出了与四倍体泡桐抗逆性强、自然接干率高和材质优良等特性密切相关的基因，确立了我国在泡桐基础理论研究方面的国际领先地位。. （4）创建了一套四倍体泡桐苗木繁育和丰产栽培技术体系。分别通过不同四倍体泡桐适生区苗木繁育和栽培技术研究，建立了一套苗木繁育和丰产栽培技术体系，制定了《四倍体泡桐苗木繁育技术规程》等3个国家林业行业标准，加快了泡桐栽培的科学化和标准化进程。. 本项目将基因组学和表观遗传学理论和技术运用到多倍体泡桐遗传变化研究过程中，鉴定出了与四倍体泡桐优良特性密切相关的基因，为加快林木分子聚合育种奠定了坚实的基础，更重要的是开辟了一条适合多倍体植物表观遗传变异研究的新方向，有力地推动了林木进化机制和遗传育种研究。