中國科學院植物研究所王柏臣研究團隊揭示楊樹莖發育重要成果

近日，國際重要植物學雜誌Plant Biotechnology Journal在線發表了中國科學院植物研究所王柏臣研究員團隊的重要研究成果，研究論文「 The developmental dynamics of the Populus stem transcriptome 」，文章不僅完善了楊樹基因組的注釋，而且擴展了木本植物維管組織發育研究工作的視野，為開展木本植物研究奠定了基礎。

英文標題：The developmental dynamics of the Populus stem transcriptome

中文標題：楊樹莖幹發育的轉錄組動態解析

發表期刊：plant biotechnology journal， 2018

影響因子：7.443

技術手段：三代全長轉錄組+二代轉錄組

測序平台：百邁客PacBio RSII平台及Illumina HiSeq平台

背景

絕大多數裸子植物和真雙子葉植物的生長都要分為初生生長和次生生長兩個階段。植物在初生生長階段，頂端分生組織中的幹細胞不斷產生新的細胞，支持植物向上生長同時產生側枝和葉等器官。而次生生長階段植物則藉助原形成層發育成的形成層不斷向內外兩側產生的木質部母細胞和韌皮部母細胞的不斷分裂進行垂直於初生生長的次生生長，從而使植物進行橫向生長，使莖幹加粗。初生生長向次生生長轉換，以及次生生長不僅僅是重要的發育問題，也是維管植物進化的重要科學問題，植物學家和林學家們普遍關注的科學問題。由於木本植物生長周期長，遺傳學操作困難等特性，長期以來廣大科學家一直以擬南芥作為次生生長的模式植物。儘管取得了很大的進展，獲取了重要的生物學信息，但擬南芥作為一年生草本植物終究不能全面展示多年生木本植物次生髮育的特點。因此，建立模式樹種的基礎研究工作尤為重要。

結果與總結

該論文以宜於實施基因操作的中國本土楊樹「Nanlin895」為實驗材料，在轉錄水平深度解析了從初生生長開始到次生生長全面展開的各個階段的動態過程；建立了楊樹中莖發育過程中的87,150個全長轉錄本的資料庫，並同時鑒定到15,838個不同部位的差異表達轉錄本，為研究木本植物維管發育以及木材形成等重要發育科學問題奠定了基礎。

差異表達分析發現，在頂端分生組織和第一到第五節六個部位中，根據其表達趨勢可以分為9類。根據不同分組中差異表達轉錄本GO富集分析的結果，頂端分生組織中組蛋白修飾、DNA甲基化或去甲基化和小RNAs調控等途徑的轉錄本出現富集。而DNA複製、細胞周期、細胞分裂、胞質分裂及細胞骨架結構等途徑的轉錄本在頂端分生組織和次生生長起始部位都有表達，但主要表達的是同一家族中不同基因的轉錄本。

同時，研究中還發現了特異表達的1,216個轉錄因子。這些轉錄因子的前期研究大部分集中在擬南芥中，在楊樹發育過程中的作用報道甚少。部分轉錄因子在不同的發育階段高度表達，其中AP2、ARF、YABBY和GRF等轉錄因子家族的轉錄本在頂端高度表達，而NAC、bZIP、PLATZ和HSF等轉錄因子家族的轉錄本則在次生生長階段高度表達。這些基因的差異表達，表明它們在木本植物的不同生長階段發揮重要作用。

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