杨树性别决定基因对生长和耐旱性的次生二态性的多效性研究

[目的]本研究旨在通过分子水平上操纵性别决定基因,探究其对植物的次生性状是否受到性别的影响。[方法]本研究以雄性杨树"84K"和雌性杨树"Nanlin895"为受体材料,通过农杆菌介导的方法,分别将过表达载体 35S::FERR-OE转化到 84K的叶片组织,将CRISPR/Cas9 敲除载体ferr-DR转化到"Nanlin895"的叶片组织中,经过筛选和验证,获得了过表达和基因敲除的转基因杨树。定期测量其株高、地径、分枝数、根生物量等生长性状,评估其干旱性,测量了一些列生理指标,进一步观察了表皮毛密度、气孔运动状态以及叶片组织结构特征。结合生理指标和转录组数据,详细分析在干旱胁迫下,过表达转基因植株中受影响的基因。[结果]本研究通过在雄性杨树中过表达促雌基因 FERR 和在雌性杨树中敲除ferr,发现性别决定基因对杨树的生长产生了显著影响。过表达 FERR 导致雄性杨树的植株高度和地径降低,分枝数增加,根系生物量增加,而敲除ferr则导致雌性杨树的植株高度和地径增加,不产生分枝,根系生物量变化不显著;杨树性别决定基因对抗旱能力也产生了影响。此外,过表达株系在干旱胁迫下表现出较低的叶片卷曲和枯萎现象,RWC含量损失少,SOD、POD和PRO含量升高,ROS含量降低,气孔大多闭合,表皮毛多,栅栏组织排列紧密,显示出较强的抗旱能力。相比之下,基因敲除株系在干旱处理下与野生型植株表现出相似的枯萎程度,RWC 含量损失与野生型植株相似,说明基因敲除对抗旱能力没有影响。转录水平分析还揭示了一个type-B RR基因显著下调,负调控杨树性别决定基因FERR进而影响次生二态性。[结论]杨树性别决定基因对生长和耐旱性具有次生二态性的多效性。