BBR集中报道“十四五”重点研发计划和育种专项（杨树）研究成果

iPlants · 公众号 · · 2024-07-09 20:27

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杨树是杨柳科杨属植物的统称，包括100多个天然种、变种和数以千计的无性系；具有生长快、成材早、易更新等特点；是我国人工林主要造林树种。实践中，大多数杨树人工林经营粗放，栽培和管理不科学；种质资源挖掘与创新利用明显不足，立地品种吻合度低，高效培育技术缺乏，人工林生产力普遍低下。

针对杨树种质资源培育与质量提升，先后启动了“十四五”国家重点研发计划揭榜挂帅项目“杨树大径级工业资源材精准高效培育技术研究”、青年科学家项目“杨树摄取氮素的根系-微生物互作机制及靶向调控技术”“木材形成过程中细胞分裂和分化的分子调控机理”等；这些研究已取得了重要进展。

《植物研究》（BBR）服务国家重大战略需求，追踪行业研究热点；近期集中报道了“十四五”重点研发计划、育种专项和国家自然科学基金项目（杨树）研究成果，BBR刊集1精选12篇文章。注：“十四五”国家重点研发计划项目负责人 *** 、课题负责人 * 和青年科学家项目负责人 ** 。

杨树种质资源挖掘与创新利用

李伟 ** 团队 （2023）以组培苗茎段为外植体，MS为基本培养基，通过调节植物激素6-BA、NAA、TDZ和IBA浓度诱导其离体再生，建立了适用于白城小黑杨的农杆菌（ Agrobacterium tumefaciens ）介导的遗传转化体系；利用该系统成功创制了杨树应拉木形成关键调控基因 LBD39 （Lateral Organ Boundaries Domain）的过表达转基因植株。

白城小黑杨遗传转化流程图

苏晓华 *** 团队 (2024)比较了不同品种杨树（ Populus ）生长表现、光合作用、根尖离子流速等特性差异；明确了中雄4号杨单株净光合速率、水分利用率最高，蒸腾速率最小，根尖K ⁺ 外排流速最慢，Ca ²⁺ 内流流速最快，植物体内K ⁺ 、Ca ²⁺ 离子含量最多，H ⁺ 最活跃，株高生长表现最好，可能具有潜在的较强环境适应能力，适宜种植的范围更广。

5个杨树品种根尖离子流速

曲冠证 * 团队 （2023）以野生型和 AmRosea1 过表达84K杨为材料，研究光强和光质对野生型和转基因株系叶色变化的影响，发现：与LED光处理相比，自然光处理下转基因株系叶片变红，花青素和可溶性糖含量升高，叶绿素含量和POD活性降低；与LED红光和蓝光相比，LED红蓝光诱导转基因株系叶片变红，花青素含量升高，叶绿素含量降低。据此推测，强光和红蓝光质能激活 AmRosea1 过表达84K杨的花青素生物合成通路，使转基因株系积累大量的花青素，从而使植株叶片变红。

不同光强下 AmRosea1 过表达84K杨表型

卢孟柱 * 团队 （2023）建立了杨树（ Populu s spp.）细胞壁中非纤维素单糖的离子交换色谱-脉冲安培检测方法（HPAEC-PAD）；测定不同杨树种类细胞壁中单糖组分，其中组培苗茎段细胞壁中半乳糖醛酸占比最高，木糖次之，葡萄糖醛酸占比最低。该研究建立的方法适用范围广，操作简单，为植物细胞壁功能基因组和糖生物学相关研究提供高效、可靠的技术手段。

杨树人工林高效培育技术研究

赵曦阳 * 团队 （2024）以18年生青山杨为材料，研究间伐强度对青山杨人工林生长及木材性状的影响，发现：间伐能够促进林分生长，改良林木材性，保留株行距为4 m×6 m时，林木材性及生长与木材综合改良效果较好；保留株行距为6 m×3 m时，林木生长效果最好。

夏新莉、尹伟伦团队 （2023）以10年生三倍体毛白杨（triploid Populus tomentosa ）无性系B301与S86为对象，探究中高林龄杨树生长、光合特性对修枝强度的响应规律，发现：修枝对树高、胸径、材积增长率无显著影响，但重度修枝能提高剩余叶片的净光合速率（ P _n ）、蒸腾速率（ T _r ）、气孔导度（ G _s ），增强单叶水平上物质合成能力，而修枝对瞬时水分利用效率（WUE）影响不显著。

2017年修枝处理示意图

修枝前CK活枝下高为5.0 m，林分平均树高为18.5 m

路兴慧团队 （2023）以鲁西黄泛平原区不同林龄毛白杨人工林为材料，分析了枝条及叶片功能性状随林龄的变化规律，发现：叶氮磷比受林龄的影响较大，枝条密度则较为稳定；毛白杨生长主要受氮素限制；随林龄增加，土壤环境得到改善，土壤全氮与土壤速效钾均呈增长趋势，土壤容重呈减小趋势；林分密度、土壤速效钾、土壤容重和土壤含水量是显著影响毛白杨人工林生长的环境因子。

杨树生长发育调节及逆境胁迫适应

PsnHB13 与 PsnHB15 是探究植物生长规律、揭示细胞周期与生长调节的关键基因。 由香玲团队 （2023）研究发现： PsnHB13 与 PsnHB15 分属于2个不同亚家族， PsnHB13 主要包含HDZipⅠ结构域， PsnHB15 主要包含HDZipⅢ结构域；通过 PsnHB13 过表达小黑杨转录组分析，明确了差异基因GO富集主要集中在对化学物质的反应、对有机物的反应、调节RNA代谢过程等方面。KEGG富集在转录因子、植物激素信号转导、细胞色素P450等通路。差异基因主要集中在MADS-box、MYBP、ERF1、GH3、SAUR等家族。

PsnHB13 （A）和 PsnHB15 （B）的保守结构域及位置

植物非特异性脂质转移蛋白（non-specific lipid transfer proteins，nsLTP）是一类多基因家族编码碱性蛋白，在植物生长发育和逆境胁迫响应中扮演着重要角色。 魏志刚团队 （2022）从全基因组水平分析了 PtrnsLTP 家族成员的基因数量、亲缘关系、基因结构、编码蛋白保守基序等特性，发现了39个 PtrnsLTP 家族成员，包含7对旁系同源基因；还发现：进化压力的不同导致了基因间的功能分化；该基因家族参与调节杨树不同组织的生长发育。

PtrnsLTP蛋白的保守基序分析

转录因子 PsnbZIP1 在植物生长发育与胁迫响应过程中具有重要作用。 姜廷波团队 （2023）以小黑杨为材料，克隆得到 PsnbZIP1 的ORF区序列，分析了 PsnbZIP1 应答盐胁迫的分子机制；发现：该基因为核定位蛋白； PsnbZIP1 基因启动子包含生长素应答、脱落酸应答元件、光应答元件以及种子特异性调控的顺式作用调控元件，推测该基因与一些干旱诱导相关MYB基因相互作用。

杨属植物分类与系统发育

自林奈建立杨属以来，已建立了多个分类系统，但目前国际杨属分类主要基于传统形态分类；存在地域和国别特征的差异，例如中国和美国的分类系统在种及种下分类上存在较大分歧，这对杨树的育种、栽培和科学研究造成了不利影响。

万雪琴团队 概述了世界杨属植物分类，比较了中国和美国杨属分类系统；指出了中国杨属分类存在的问题，如长序杨的分类地位、一些新分类群的确认等，提出了系统发育研究对解决分类学问题至关重要；明确了未来的分类研究应基于一手调查、模式种群、综合物种概念、全基因组生物信息学。

张志翔团队 利用体视显微镜和扫描电镜观察了中国杨属33种植物叶表皮毛状体微形态特征，依据毛状体长度，将所研究的杨树分为3类：白杨亚属内大部分物种叶表面毛状体极长，脂杨亚属内物种叶表面毛状体在小分支上长短相似；胡杨亚属内毛状体特征变异较大，而脂杨亚属内毛状体特征差异较小；还构建了形态矩阵，划分了无毛、毡毛、绢毛、短柔毛和长柔毛5种类型。这些发现为杨属植物分类和系统发育研究提供了重要参考。