北方半干旱区乡土杨树杂交种质抗旱相关评价及基因挖掘

以内蒙古通辽天然小叶杨(Populus simonii Carr.)与荷兰北部欧洲黑杨(P.nigra L.)杂交F1 代的 30 个无性系为试验材料，对其自然半干旱条件下的F1 代生长性状及叶片解剖结构性状进行综合评价研究，为选育抗旱适应性强的杨树品种及亲本资源利用提供依据。对F1 代 30 个无性系的不同林龄(4年、5年、6年)生长性状及 9 个叶片解剖结构性状(6 年生)进行差异比较、遗传变异分析和杂种优势研究，采用相关性分析评判各指标的关联程度，采用主成分分析筛选典型叶片解剖结构性状，最后采用隶属函数法对 30 个杨树无性系 6 年生典型叶片解剖结构及生长性状进行抗旱性综合评价。结合转录组测序数据，挖掘与生长、叶片解刨解构相关的抗旱关键基因。研究结果显示，不同无性系间 9个叶片解剖结构及生长性状均存在极显著差异;生长性状变异系数变化范围分别为 17.28%～19.24%和 28.22～29.87%，各叶片解剖结构性状变异系数范围为 5.78%～18.82%，重复力变化范围为 0.91～0.96;F1 代的下表皮厚度、栅海比和叶片组织紧密度、栅栏组织厚度的正向超中亲优势明显，且角质层厚度、下表皮厚度、叶片组织紧密度出现明显正向超高亲优势，超高亲优势率为 1.14%～2.06%;相关性分析结果表明，各指标之间具有较高的相关性，最终筛选出角质层厚度、叶片组织疏松度、叶片组织紧密度、栅海比和海绵组织厚度 5个指标为叶片解剖结构指标。通过隶属函数分析，最终筛选出 02-06、02-01、02-05、02-24、02-03、02-13 等6 个无性系是最具有生长潜力和抗旱能力的无性系。利用不同生长势子代和亲本差异表达基因与其生长、叶片解剖结构指标进行关联分析，筛选出6个与生长和叶片解剖结构性状显著相关基因模块，3114个DEGs，主要涉及生长、应激响应、信号转导和过氧化酶激活等功能。共表达网络构建筛选出钙离子转运蛋白(Potri.006G054700)、生长素响应因子(Potri.014G100100)、半乳糖合酶(Potri.010G042000)等 6个主效hub基因和水分响应(Potri.011G010300)、锌指蛋白(Potri.009G029600)、ATP结合/质膜组成(Potri.017G074000)等12个候选基因，这些基因可能对杂交子代速生及抗旱性提高具有重要调节作用。