9732012CB114500木材形成地调控机制研究

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1、实用项目名称：木材形成的调控机制研究首席科学家：卢孟柱中国林业科学研究院起止年限：2012.1-2016.8依托部门：国家林业局文档实用一、关键科学问题及研究内容拟以杨树等主要用材树种为研究材料，采用次生维管组织再生及离体培养等实验系统，利用遗传学、分子生物学、生物化学、基因组学、生物信息学等研究手段，研究纤维素、半纤维素和木质素的合成机理；解析细胞壁主要成分协同排列、沉积及遗传因子对该过程的调控机制；阐明激素、多肽、信号转导分子等对木质部细胞分化的调控，以及材性相关基因位点的基因组定位及遗传效应分析。为速生树种材性改良的分子品种设计提供理论和技术支持。1

2、．纤维素、半纤维素和木质素的合成与调控以杨树等材料为研究对象，解析纤维素合酶复合体结构与作用机制；研究MYB、NAC等转录因子在调控CESA基因及纤维素合成中的影响以及相关蛋白KOR、BC1和BC15与纤维素合酶复合体的互作及功能，阐明它们参与纤维素合成的分子机制；研究CSLD5、CSLD6、BC11、BC14等同源基因在木聚糖合成中的功能，解析半纤维素（木聚糖）合成机理及这些基因与纤维素合成关键基因互作、应答的机制；次生壁木质素合成关键基因（4CL基因和CAld5H基因）的调控机理，鉴定直接调控木质素合成的MYB类转录因子的功能。2．细胞壁形成与木材材性

3、的调控文档实用利用应拉木形成体系研究细胞壁形成过程中起调控作用的miRNA，并从基因组水平鉴定杨树miRNA的靶基因，及其对木材细胞壁形成的影响机制；基于已有的转录组学数据，对杨树中参与细胞壁形成的关键基因进行深入的转录调控分析，筛选与次生壁加厚相关的转录因子，研究其作用模式和调控机制；开展细胞骨架调控纤维素沉积的分子机理，包括微管、目标蛋白和细胞壁三者间的调控关系和作用方式，揭示微纤丝角度和纤维聚合度与纤维素的沉积与组装的关系。3.形成层干细胞维持、分化以及木质部发育的调控机制利用次生维管再生等系统，研究激素、短肽、信号转导因子和转录因子等对形成层细胞发

4、生、分化以及次生木质部不同细胞类型发育的的影响，揭示控制不同管状分子、纤维分子类型的调控因子，阐明其作用机制；利用转基因技术获得不同调控因子表达水平的杨树材料，分析形成层模式变化并结合芯片技术分析全基因表达谱的变化，揭示细胞分化相关调控网络；分析导管分化模式与细胞程序化死亡关系，特别是分析不同类型细胞PCD上游起始因子的特性。4.木材和材性形成的比较基因组学利用生物信息学、系统发育和比较基因组学等手段，比较不同材性林木（10个）和草本（35个）物种中纤维素、细胞壁沉积和木质部细胞分化等相关基因（基因家族）的保守与变化式样；重点阐述木材及材性基因的共性和特性

5、；筛选木材和材性形成与调控中尚未被仔细研究过的关键基因，通过杨树等模式植物进行转基因功能验证。5.木材品质性状QTL定位、解析与克隆利用杨树、桉树等种质资源材料及杂交群体，进行木材品质性状QTL分析，通过目标基因组局部区域图谱加密和增加作图个体数量，提高QTL定位精度；分析QTL与环境的互作以及QTLs之间的上位性效应，分析材性相关eQTL的基因组分布特征及效应；主效QTL区间序列测序，发现作图亲本在相应区域的杂合基因位点；利用生物信息与图位克隆相结合的方法，克隆主效基因；对克隆的主效基因开展表达调控研究，并探讨相应基因在木材形成中的作用。6.木材品质性状

6、的联合遗传学研究文档实用以重要用材树种的自然群体为试材，采用全基因组和候选基因的联合遗传学策略，系统地鉴定重要木材纤维性状形成关键基因的功能、等位基因序列变异和等位基因效应，开发功能SNP标记；研究基因内与基因间SNP位点及其组成的单倍型对木材性状的遗传效应，及遗传互作方式；发掘一批在林木自然群体中具有育种价值的功能SNP位点，初步建立林木木材品质优异新种质的早期筛选与鉴定技术体系。文档实用二、预期目标1.总体目标本项目针对严重制约我国人工林木材品质改良的问题，围绕木材形成的遗传调控这一重大科学问题，以杨树等我国主要用材树种为研究材料，应用基因组学、分子遗

7、传学、生物信息学等理论和技术，研究纤维素、半纤维素和木质素的合成机理,解析细胞壁主要成分合成、排列、沉积的调控机制；揭示激素、信号转导分子等对木质部细胞分化的调控机制；分析控制木材品质性状的遗传位点及遗传效应，构建调控木材材性改良的模型，为品质改良的分子设计提供依据；发掘品质改良重要的调控因子，包括染色体区段/基因簇/基因/等位基因、miRNA等；提出针对不同材质分子设计策略、方法，为新品种培育提供理论和物质基础。通过项目的实施，将进一步提升林木木材形成的调控理论，提高我国林木育种在理论和技术上的原始创新能力；建立林木材性改良的分子技术体系，为优质、高产林

8、木育种提供支撑；保持我国在人工林特别是速生林木品种培育的国际先进地