关键词：
杜仲
嫩枝扦插
解剖学
生理学
转录组学
摘要：
解析林木扦插生根的生理机制,对于林木良种的快速扩繁,高质量引种及栽培具有重要意义。杜仲（Eucommia ulmoides Oliv.）是我国特有的经济林树种,具有较高的经济效益和生态价值。扦插育苗周期短,方法简便,成本低,是木本植物无性繁殖的重要手段,通过常规扦插方法繁育的杜仲苗根系数量少,移栽成活低,因此扦插技术尚未在工厂化育苗过程中应用。杜仲良种专用生根剂是近年来本课题组研究出的一种专门适用于杜仲良种扦插繁殖的高效育苗专利。经过该生根剂处理的杜仲插穗生根率可由原来的30%左右提高到90%以上,单株平均生根数量达25-30根,多呈爆发式根系,生根形式表现为高效的皮部生根类型。但目前杜仲插穗生根机理还不明晰。本研究是以典型果用良种‘华仲6号’杜仲嫁接苗当年生的半木质化枝条为试验材料,主要从解剖结构变化,生理指标水平及转录组表达水平等方面对杜仲的生根机制进行探讨,为杜仲良种扩繁提供理论依据。主要研究结果如下:
（1）‘华仲6号’杜仲良种扦插生根属于皮部诱导生根类型,根原基原始细胞是由形成层外层的薄壁细胞诱导分化产生,结合表型观察,将经过杜仲生根剂处理过的插穗生根过程分为四个阶段:不定根诱导阶段（0～12天）、启动阶段（12～22天）、表达阶段（22～32天）和伸长阶段（32～53天）。
（2）经杜仲专用生根剂处理‘华仲6号’插穗与对照组相比,生理特性变化差异较大,在不定根诱导和启动期,IAA含量、IAA/ABA值和IAA/ABA值三者与插穗的生根能力呈正相关,IAA可促进不定根发育,是杜仲插穗生根的关键内源激素;ZR含量在插穗的生根过程中下降,但在不定根表达期含量显著上升;ABA和GA3虽抑制生根,但在不定根诱导期含量上升,参与信号传导,有利于提高插穗抗性。POD和PPO活性整体先升高后降低,IAAO活性整体先降低后升高。可溶性糖、可溶性蛋白、氮元素化合物主要表现为在生根前不断积累,含量升高,在生根后因大量消耗而含量降低。
（3）‘华仲6号’杜仲良种嫩枝插穗生根过程中插穗基部的转录水平发生显著变化。通过对杜仲嫩枝扦插皮部生根的四个发育时期（对照期-S0、诱导期-S1、启动期-S2、表达期-S3）进行转录组测序计序列分析,在4个发育阶段共获得表达基因9821个,其中4个阶段共表达基因2599个。在初始阶段（S0,第0天）,特异性表达基因477个,不定根发育的诱导期（S1,第12天）特异性表达基因606个,不定根发育的启动期（S2,第22天）特异性表达基因1639个,不定根发育的表达期（S3,第32天）特异性表达基因915个。在S1/S0、S2/S1和S3/S2中,分别鉴定到1191、977和1856个差异表达基因;对其进行GO功能和KEGG比对分析发现,这些差异基因在扦插生根中主要执行代谢过程、生物调控、细胞过程、细胞器组分,大分子复合物、结合剂活性等功能。上述这些DEGs主要富集到植物激素信号传导、植物与病原菌互作、淀粉和蔗糖代谢、碳代谢、内质网中的蛋白质加工等生物合成代谢等途径。从S1、S2和S3三个时期与对照期S0比较的与IAA相关的差异基因中确定了15个参与不定根形成相关的共表达的差异基因。其中上调基因7个分别为:AUF1、SAUR36、SAUR76、SLK2、TRN1、GLIP2、ILR1;下调基因8个分别为AUX1、ASA1、ABP19、ABP20、LAX4、AFB2、PILS3、SAUR32,他们主要集中在生长素转运蛋白、生长素结合蛋白,生长素早期响应蛋白SAUR基因家族,生长素信号传导因子、生长素上调的F-box家族这五大蛋白家族中,这15个与杜仲扦插不定根形成的关键候选基因的功能有待进行更深入研究。
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