生长素在茶树越冬芽休眠与解除中的作用机制研究

Bud dormancy and budbreak is an important biological phenomena and beneficial adaptation of tea plant for living through the winter safely, and is an important factor that affect picking time in spring as well. So, it is important to study the regulatory mechanism of it. According to the results of our previous project, we suppose that auxin promote the dormancy of tea plant axillary buds in winter. We suppose to do the following process to verify the hypothesis: (1) measuring the dynamic changes of auxin in axillary buds and mature leaves on the budset of different phenophase cultivars from dormany induction to budbreak; (2) clone and function analyse of auxin-related and dormancy-related genes; (3) testing the changes of auxin and dormancy related genes expression after exogenous applying auxin and auxin inhibitors on tea plant, and observing bud dormancy and budbreak as well, in order to clarify the regulatory function and molecular mechanism of auxin in the period from dormany induction to budbreak. The present study will offer theoretical basis for tea production and genetic improving of phenophase.

茶树芽休眠及其解除是影响茶树安全越冬和采摘时期的重要生物学现象，研究其调控机制具有重要意义。根据前一个项目的研究结果，本实验室提出了生长素促进茶树越冬腋芽休眠的假设。本研究通过测定不同物候期茶树品种腋芽和母叶中生长素在整个休眠到萌发阶段的动态变化，结合生长素和休眠相关基因的克隆与功能研究、外源生长素及生长素抑制物质处理对茶树芽休眠与萌发的影响、以及对生长素和休眠相关基因表达的影响，明确生长素在茶树休眠中所起的作用及其分子机理，进而验证所提出的假设正确与否，为今后茶树生产和物候期的遗传改良提供理论依据。

冬季休眠是茶树的重要生存策略，同时还影响着茶叶生产和茶叶的经济价值。目前对茶树休眠机理的研究还鲜有报道。本项目对生长素在茶树休眠调控中的作用进行了深入研究，结果表明冬季休眠阶段茶树越冬芽与其他器官之间仍存在较弱的物质交流，不同萌发物候茶树越冬芽在冬季不同时期与其他器官物质交流变化存在明显差异，该过程可能主要受具有水解功能的葡聚糖酶基因CsGLU1直接调控。基于RNA-Seq的基因表达谱分析和越冬芽与外界的物质交流变化，茶树冬季休眠被划分为类休眠、生理休眠和生态休眠三个阶段，基因富集分析和调控网络关联分析证实生长素在茶树从生理休眠进入生态休眠阶段发挥关键作用。家族基因的克隆及表达分析进一步表明，生长素运载体及生长素早期响应因子家族基因在生长素调控茶树休眠过程中发挥关键作用，参与休眠调控的关键基因得到初步鉴定。生长素抑制剂（包括运输抑制剂和拮抗剂）处理可以影响茶树春季萌发早晚的表型，参与休眠调控的生长素相关基因的表达受生长素抑制剂处理影响。MDAS-box是在茶树休眠调控中发挥重要作用的转录因子，MADS-box44及MADS-box22的表达与茶树休眠转换及生长素作用时期相一致。杨树中过表达MADS-box44基因具有抑制休眠形成的功能，该转录因子可能在茶树休眠解除过程中通过调控越冬芽内生长激素水平的动态变化，从而激活下游基因，解除休眠。基于以上研究结果，本研究提出了较为完善的茶树休眠调控分子模型，为后继深入阐明茶树休眠调控机理奠定了理论基础。