油桐嫁接砧穗愈合机制研究

Tung tree (Vernicia fordii) is an important woody oil tree for industry. At present, the rapid rise of environmental protection coatings market encounter a huge bottleneck of raw materials, a severe shortage of tung oil. Solving the problem of grafting survival rate of tung tree, is the key to establish tung tree clonal seed orchard, expand tung industry and provide sufficient raw materials for the market. But there is little studies on the mechanism of tung tree grafting healing process. Previous studies showed that the rootstock-scion combination of Vernicia Montana/Vernicia fordii is more suitable for grafting production. This project will carry on the research from the aspects of cytology, physiology, biochemistry and molecular biology, explain the mechanism of grafting compatibility of tung tree through the anatomical observation, physiological and biochemical indexes of dynamic observation. To define the effect of hormones on graft healing process through the determination of endogenous hormones content, spraying exogenous hormone, and the dynamic distribution and change characteristics of IAA in the process of graft healing. Screening the essential genes for graft healing through RNA-seq and QPCR. Finally, the mechanism of grafting healing was revealed. Our results can provide important theoretical basis and technical support for development of tung tree industrial and theoretical research of woody plants grafted healing machenism.

油桐是我国重要的工业木本油料树种。目前快速兴起的环保涂料市场遭遇极大的原料瓶颈-桐油严重缺乏。解决油桐嫁接成活问题，是建立油桐无性系种子园、促进油桐产业发展、为市场提供充足原料的关键。而对于油桐嫁接过程的砧穗愈合机制研究甚少。前期研究结果表明：千年桐/三年桐的砧穗组合更适于油桐嫁接生产。本项目拟从细胞学、生理生化、分子生物学等方面进行研究，通过油桐嫁接砧穗愈合过程解剖学观察、油桐嫁接愈合过程生理生化指标的测定，阐明油桐嫁接亲和性机理；通过内源激素含量测定、喷施外源激素及IAA在嫁接体愈合过程中的动态分布与变化特点，明确激素对嫁接愈合过程的影响；通过RNA-seq及QPCR筛选出嫁接愈合的关键基因；最终揭示油桐嫁接砧穗愈合机制。研究结果为油桐产业发展及木本植物嫁接砧穗愈合研究提供重要的理论基础和技术支撑。

油桐是我国重要的木本油料树种，快速兴起的环保涂料市场遭遇极大的原料瓶颈-桐油严重缺乏。解决油桐嫁接成活问题，是建立油桐无性系种子园、促进油桐产业发展、为市场提供充足原料的关键。本研究以千年桐为砧木，三年桐为接穗进行嫁接，以油桐嫁接口茎段为材料，利用石蜡切片法观察嫁接口愈合过程的组织形态特征。结果表明：油桐嫁接愈合分为4个时期，嫁接后的 0-3d，为隔离层形成期；嫁接后 3-12d，为愈伤组织形成连接期；嫁接12-18d，为形成层连接期；嫁接后18-24d，为维管组织分化形成期。嫁接愈合过程中，可溶性糖和可溶性蛋白质总体上呈升降升的变化趋势，在嫁接愈合初期和愈合后期含量升高。SOD、POD、CAT在嫁接愈合初期活性均升高；SOD活性变化呈现升降升降的变化趋势；POD和CAT的活性变化趋势呈现“三峰”型；嫁接口PAL活性表现为降升降升的变化趋势。IAA 含量在愈伤组织快速增殖期其含量快速上升，愈伤组织进入分化状态后其含量下降；ZR含量在嫁接后第3、12、21d处于峰值；ABA 含量变化表现为降升降升的变化趋势，在愈伤组织形成连接期、维管组织分化形成期处于峰值；GA3含量呈起伏变化，在嫁接 24d 时GA3含量达到峰值。对油桐嫁接愈合过程中 5 个时期的砧木和接穗组织分别进行转录组测序，分别获得千年桐砧木 23067条、三年桐接穗22859 条表达基因，分别筛选出千年桐砧木7595 条、三年桐接穗8409 条差异表达基因。采用加权共表达网络分析方法，鉴定出嫁接愈合过程中参与胁迫响应相关基因：PEPKR2、TOP6B、BSPA 等基因。参与细胞壁合成相关基因：MIK2、β-GLU12、OFP4 等基因。其他参与嫁接愈合基因：GUN4、CYP94A1 等基因。研究结果为解析油桐嫁接愈合机制、提高油桐嫁接成活率提供理论基础，为油桐良种繁育及油桐产业发展提供技术支撑。