《優質速生林木品種木材形成的分子調控機理》是依託南京林業大學，由施季森擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：優質速生林木品種木材形成的分子調控機理
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：施季森
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
以被子植物楊樹、裸子植物杉木為模式樹種，以模式植物擬南芥為參照，綜合運用細胞生物學、基因組學、分子生物學，正反向遺傳學等現代實驗技術手段，從建立維管形成層發育和分化的細胞和分子生物學時空動態精細模式入手，解決木材形成的細胞和分子生物學機理的研究試驗技術瓶頸；通過WUS和CLV研究的差異表達研究研究楊樹和杉木形成層發育的幹細胞調控機理；研究木材早期發育的激素類信號因子AUX/IAA基因，GAs類，油菜素內脂基因BRs家族等激素信號分子的調控機制，揭示木質部早期分化的調控網路；從Expansins基因家族EXP1和EXP2 ，XET，揭示未成熟木質部細胞壁腔體積擴展對木質部次生生長過程中生物質品質累積的影響（優質）；同源克隆上述研究中的基因並進行遺傳轉化，進行木材生物質育種體系楊樹和杉木木材生物質組分定向育種和轉基因定向遺傳修飾。
結題摘要
本項目以重要造林樹種為材料，運用分子遺傳學、基因組學等技術，對木本植物維管形成層發育和木材形成的機制、關鍵調控基因進行了深入研究。主要研究內容如下：1.通過冰凍切片和顯微切割技術建立了形成層研究技術平台。利用該技術獲取南林95楊休眠期和生長期形成層細胞，通過基因晶片技術分析了楊樹形成層基因調控網路。克隆了楊樹PeWOX4基因，該基因在分生組織維持和木質部細胞形成中發揮作用。2.通過轉錄組和差異蛋白組學技術研究杉木形成層活動機制，建立了杉木生長期形成層基因信息庫。分離並鑑定出杉木形成層活動（啟動期、活躍期、轉化期和休眠期）過程的差異蛋白132個，得到杉木形成層活動相關基因和信號分子。3.通過轉錄組序列信息進行功能基因克隆，獲得了杉木形成層活動和木材形成相關功能基因，並進行了功能驗證。利用差減文庫、cDNA-AFLP和形成層轉錄組基因信息庫，克隆了與分枝(ClPAE、ClRAB11C、ClRNaseⅢ、ClDELLA) 、生長素信號傳導 (ClAUX1、ClLAX3、ClPIN)、形成層活動（ClWOX1、ClWOX4、CLE）、細胞生長與細胞壁活動（Expansin、Extansin、COBRA）、次生木質部發育和木質素合成（CCoAOMT、CAD、MYB）相關功能基因。菸草和擬南芥遺傳轉化試驗證明這些基因在杉木木材形成和形成層活動中具有調控作用。4.通過基因誘變及突變體篩選方法，以擬南芥獲為材料獲得植物幹細胞基因調控網路新的調控元件。研究結果表明AP2和AGO1基因在擬南芥莖端分生組織幹細胞調控中發揮作用。在雜交鵝掌楸進行幹細胞調控基因的同源克隆，得到了WOX、AP2、PIN、CLE家族基因，在擬南芥和菸草中進行了功能驗證。結果表明這些基因在形成層發育、分枝、不定芽分化和莖粗生長方面均發揮一定的作用。5.結合模式植物擬南芥的研究結果，初步解釋了木本植物木材形成的分子調控機理。發現並證明了WOX/CLE調控在木本植物形成層活動和木材形成中的重要作用。同時也發掘了大批林木木材形成和形成層活動的功能基因，建立並最佳化了杉木體胚發生和遺傳轉化體系，為木材形成相關功能的套用提供了基礎保障。項目執行期間共培養博士後2名，博士研究生9名，碩士研究生15名；共發表論文26篇，其中SCI論文15篇，中文研究論文11篇；共申請國家發明專利5項，其中獲得授權2項。
