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樹(shù)木增粗關(guān)鍵遺傳密碼獲揭示

2023-08-02 12:58:40來(lái)源： 中國(guó)科學(xué)報(bào)

(資料圖)

7月31日，北京農(nóng)學(xué)院、北京林業(yè)大學(xué)教授張德強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖期刊《植物細(xì)胞》雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為“楊樹(shù)脯氨酸4-羥化酶基因變異調(diào)控樹(shù)干動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的分子機(jī)制”的研究論文。

PtoP4H9參與細(xì)胞壁修飾改變細(xì)胞壁剛性。課題組供圖

該研究通過(guò)引入時(shí)間維度作為表型挖掘了調(diào)控毛白楊胸徑多年生動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的重要功能基因脯氨酸4-羥化酶（PtoP4H9），揭示了該基因通過(guò)調(diào)控細(xì)胞壁的化學(xué)修飾來(lái)促進(jìn)樹(shù)干縱向生長(zhǎng)的分子生物學(xué)機(jī)制。

團(tuán)隊(duì)研究人員以毛白楊種質(zhì)資源群體中303株個(gè)體為材料，連續(xù)8年對(duì)其主干進(jìn)行表型測(cè)定，并通過(guò)擬合生長(zhǎng)軌跡模型精準(zhǔn)捕獲多年生生長(zhǎng)速率等典型特征。隨后利用全基因組關(guān)聯(lián)分析策略和時(shí)空表達(dá)數(shù)據(jù)，定位到一個(gè)控制毛白楊胸徑性狀的關(guān)鍵基因——脯氨酸4-羥化酶，并揭示了脯氨酸4-羥化酶通過(guò)調(diào)控細(xì)胞壁上羥脯氨酸糖蛋白（HRGPs）的羥脯氨酸修飾水平改變了細(xì)胞壁剛性，從而促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)張，最終導(dǎo)致莖的增粗。

團(tuán)隊(duì)研究人員鑒定到一個(gè)控制多年生莖動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的關(guān)鍵基因，這為科學(xué)認(rèn)識(shí)多年生林木生長(zhǎng)的遺傳調(diào)控奧秘提供了新見(jiàn)解，也為林木速生優(yōu)質(zhì)分子設(shè)計(jì)育種、提高人工林生產(chǎn)力、保障木材戰(zhàn)略安全開(kāi)辟了新路徑。

該研究結(jié)果不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外樹(shù)木多年生動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的遺傳調(diào)控機(jī)制一直不清楚的技術(shù)空白，還將為木材產(chǎn)量與品質(zhì)遺傳改良、精準(zhǔn)育種等卡脖子問(wèn)題提供關(guān)鍵理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

據(jù)悉，北京農(nóng)學(xué)院/北京林業(yè)大學(xué)林木分子育種團(tuán)隊(duì)教授張德強(qiáng)為本文通訊作者，北京林業(yè)大學(xué)博士后肖亮、博士生房媛媛及北京大學(xué)博士后張禾為論文共同第一作者。

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