林业科学研究

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杨树中Ⅰ类KNOX基因结构、表达与功能分析

赵岩秋, 周厚君, 魏凯丽, 江成, 宋学勤, 卢孟柱

2018, 31(4): 118-125. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2018.04.017

关键词: Ⅰ类KNOX, 分生组织, 形成层, 表达分析, 杨树

[摘要]()

目的分生组织对器官发生和形态建成起到至关重要的作用，其活性受多种转录因子的调控。KNOTTED-like homeobox（KNOX）基因家族由2个亚类即Ⅰ类和Ⅱ类KNOX组成，在模式植物拟南芥中Ⅰ类KNOX成员主要在茎的顶端分生组织区域表达，对维持顶端分生组织分化及侧生器官的形态建成过程起关键作用。木本植物生长发育过程主要包含以顶端分生组织（Shoot apical meristem，SAM）为中心的初生生长与以形成层为中心的次生生长过程，本研究通过分析杨树Ⅰ类KNOX基因在SAM、根顶端分生组织（Root apical meristem，RAM）的形成过程及形成层相关区域的表达，探讨Ⅰ类KNOX基因在杨树分生组织形成与分化过程中的功能。方法以拟南芥Ⅰ类KNOX基因STM的蛋白序列在毛果杨基因组中进行同源比对分析，获取杨树Ⅰ类KNOX成员的核酸和氨基酸序列。根据核酸及氨基酸序列信息构建系统发育树，并绘制基因结构与蛋白质结构图谱。利用84K杨（Populus alba×P.glandulosa）不定芽与不定根诱导实验体系模拟顶端分生组织发育过程，通过实时定量PCR（RT-PCR）技术，对杨树Ⅰ类KNOX成员在不定芽与不定根形成过程及形成层相关区域中的表达进行分析。结果本研究通过同源比对分析鉴定出10个杨树Ⅰ类KNOX成员，根据进化关系与基因结构差异将其分为三组：组1、组2、组3，其中，组1为拟南芥KNAT2和KNAT6同源基因，组2为STM和BP同源基因，组3为杨树所特有的Ⅰ类KNOX基因。杨树Ⅰ类KNOX基因在不定芽与不定根发生过程中表达量均发生较大的变化，在不定芽发生过程中，组1基因在芽原基分化产生不定芽的关键期上调表达，而组2与组3基因多在分生组织分化产生芽原基阶段高表达；在不定根发生过程中，组1成员多在根原基分化产生不定根的过渡期上调表达，组2与组3基因则多在发育后期不定根形态建成阶段高表达。杨树Ⅰ类KNOX成员在形成层相关区域均表达，组1中KNAT2/6与组2中STM、BP同源基因的表达量明显高于其他成员。结论以上结果说明，杨树Ⅰ类KNOX除了与拟南芥同源的2个组外，还进化产生新的组别，分别参与分生组织形成和分化过程中不同阶段的调控，且PtKNAT2/6b、ARK1与ARK2在形成层区域高表达，提示以上3个基因可在形成层功能维持以及木质部分化中发挥主要作用。

杨树次生壁纤维素合酶的表达与互作模式分析

魏凯莉, 周厚君, 江成, 赵岩秋, 宋学勤, 卢孟柱

2017, 30(2): 245-253. doi: 10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.009

关键词: 纤维素合酶CESA, 次生壁, 表达分析, 互作, 激素, 杨树

[摘要]()

目的纤维素的合成在木材形成过程中具有重要的作用，纤维素合酶（Cellulose Synthase，CESA）是参与纤维素合成的关键酶。由于3种CESA形成一个有功能的纤维素合酶复合体，而杨树中包含CESA4、CESA7A、CESA7B、CESA8A和CESA8B5种次生壁CESA，本文从这5种CESA的表达模式与互作分析入手，探讨了其在次生壁纤维素合成中的工作模式。方法利用RNA-seq与基因芯片数据进行基因表达分析，揭示5种次生壁CESA在根、茎、叶组织的表达模式与次生维管再生过程中的表达变化。利用启动子驱动的GUS转基因材料GUS染色分析与实时定量PCR揭示5种次生壁CESA在各个组织的表达模式与在激素处理下的响应模式。利用荧光素酶互补实验揭示CESA7A、CESA7B、CESA8A与CESA8B之间的互作模式。结果基因表达分析表明，杨树5种次生壁CESA基因在杨树成熟茎中高表达，尤其在次生维管组织发育的后期高表达，表明其主要参与木材次生壁纤维素的合成。对启动子驱动的GUS转基因材料观察表明，CESA4、CESA7B、CESA8A和CESA8B的GUS信号在杨树茎和叶中较强，但这些次生壁CESA的表达模式存在一定的差异，这种差异在叶脉中表现地尤为明显。此外，在赤霉素GA₃和细胞分裂素6-BA处理下，杨树次生壁CESA的表达量显著上调；在生长素NAA、油菜素内酯BR和乙烯处理下，杨树次生壁CESA的表达量下调，但不同的CESA对激素响应的表达量变化幅度存在差异。荧光素酶互补实验表明，杨树次生壁CESA7B和CESA8B、CESA7B和CESA8A、CESA7A与CESA8B之间存在互作，说明它们之间可以形成复合体。结论这些数据显示杨树5种次生壁CESA基因在不同组织与不同激素处理下的表达变化存在一定的差异，而它们之间均能互作，提示杨树5个次生壁CESA基因虽然具有同等的能力形成功能性的纤维素合酶复合体，但在不同组织、不同激素作用下可能有不同的组合方式，进而会导致木材成分的差异。

PagKNAT2/6a与PagKNAT2/6b在木质部发育中存在功能保守性

李海阳, 赵立子, 赵岩秋

2024, 37(2): 9-15. doi: 10.12403/j.1001-1498.20230244

关键词: PagKNAT2/6a, PagKNAT2/6b, 杨树, 木质部发育, 保守性

[摘要]()

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