[发明专利]美洲黑杨杨絮起始发育的调控基因PdeMIXTA02及其应用

说明书

本发明公开了美洲黑杨杨絮起始发育的调控基因PdeMIXTA02及其应用，属于植物基因工程技术领域。本发明通过基因序列进化分析和杨絮起始发育前后不同时间点的基因表达分析，综合拟南芥的遗传转化功能验证，首次公开了调控杨絮起始发育基因PdeMIXTA02。该基因属于MIXTA类转录因子家族，序列进化分析显示与调控棉絮起始发育的关键基因GhMML3和GhMML4为同一MIXTA亚类分支，只存在于杨树雌性花絮授粉后5天内特异表达，在拟南芥中过量表达可以极显著增加表皮毛的数量，促进拟南芥的表皮细胞凸起分化为表皮毛。以上证实PdeMIXTA02基因调控杨絮的起始发育，可用于培育不飞絮杨树新品种。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，更具体地说，涉及美洲黑杨(Poplusdeltoides)杨絮起始发育的调控基因PdeMIXTA02及其应用。

背景技术

杨树(Populusspp.)是世界上分布最广、适应性最强的树种。我国杨树栽培主要集中在华北、华中、东北和西北等地区。杨树不仅是重要的速生丰产用材林树种，而且是环境绿化的重要树种；由于其极快的生长速度和良好的细胞壁化学性质，也是第二代生物燃料生产的合适原料；其栖息地适应性强，还可广泛用于生态防护林、三北防护林、农林防护林。其自身的经济价值、生态价值和社会价值体现出的优越性，是其他树种无法具备和取代的。

杨树飘絮造成季节性环境污染的问题，成为当前制约杨树产业发展的重要因素。杨树在生殖特征上是雌雄异株，杨树雌株材质好，生长表现普遍优于雄株，因此选育推广的杨树优良无性系以雌株为主，然而雌株杨树的蒴果生长成熟后，果实开裂产生很多杨絮四处飞扬，而且飞絮持续的时间也很长，通常能达到半个月之久。杨絮的到处散播不仅会造成环境污染，还能让人呼吸道不畅，而且由于其易燃，很容易造成火灾。因此行道树禁止种植雌株杨树，选用雄株取代雌株，但杨树雄株在生长性状上普遍弱于雌株，成熟后会产生大量的花粉，同样会带来严重的环境污染。因此，如何既能发挥杨树强大的生态效益和较高的经济效益，同时又能控制杨树季节性飘絮污染，是当今社会亟待解决的问题。

近年来，对杨絮的形态研究取得了一定进展，杨絮是附着在种子端部，起辅助种子扩散作用的絮状纤维，纤维长度约9.5～15.9mm，直径约8～11μm，超过了种子的长度。石蜡切片发现卵巢基部的胎座为杨絮纤维发生的起源，并观察到纤维细胞凸起时细胞核扩大，并且发生了细胞核的复制，但是细胞没有发生分裂，表明其复制的周期绕过正常的有丝分裂，是维持杨絮纤维单细胞结构的潜在机制。在差异表达分析中发现纤维素合成和细胞壁生物合成相关的基因在这一生物过程中得到了丰富，这表明杨絮纤维结构的这一成分与来自种皮表皮细胞的棉纤维中发现的一致。扫描电镜观察发现，杨絮是由胎座表皮细胞在授粉后1天开始凸起发育而成，与棉絮在授粉后1天由胚珠表皮细胞凸起发育过程类似。因此，杨絮的起始发育调控的研究，可以借鉴棉絮的起始发育调控机制。目前，研究发现棉花的GhMML3基因沉默后，胚珠表皮细胞不再凸起发育，进而出现无絮表型；棉花的GhMML4沉默后，胚珠表皮细胞凸起数量极显著减少，出现极少絮的表型，两者均属于MIXTA基因家族成员。另外，在棉花无棉絮突变体中，棉花的10个MIXTA基因由6个基因家族成员表达量极显著降低，包括GhMML3，GhMML4，GhMML7，GhMML8，GhMML9，GhMML10。所以，根据MIXTA基因在棉絮起始发育的调控作用，推测杨树中的MIXTA基因同样对杨絮的起始发育起调控作用。