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植物四倍体中存在比二倍体生长快而健壮和缓慢而矮小的两种类型。开展多倍体营养生长性状形成的分子基础研究,对于推动植物多倍体育种理论和技术进步具有重要意义。本论文以青杨全同胞杂交子代为材料,在解决 ’哲引3号杨’ × ’北京杨’[(Populuspseudo-simonii × p.nigra’Zheyin3#’)×(p.× beijingensis)]离体培养诱导叶片不定芽染色体加倍技术的基础上,采用转录组测序(RNA-seq)和miRNA高通量测序方法,开展青杨杂种四倍体及其对应二倍体不同叶序叶片基因表达和miRNA表达差异等分子基础研究,主要结论如下:(1)提出根据叶片切口愈伤发育状态即时判别诱导青杨离体培养叶片体细胞染色体加倍有效处理时期的技术方法。青杨四倍体诱导效率受到离体培养叶片施加染色体加倍处理的预培养时间、秋水仙碱浓度、持续处理时间等影响。离体叶片切口处的愈伤组织发育状态与四倍体诱导效率显著相关,可作为离体培养叶片染色体加倍有效处理时期的判别依据。在保证适时施加染色体加倍处理的情况下,四倍体诱导效率与基因型无显著相关。当离体叶片切口处出现少量透明的愈伤,且愈伤宽度小于1 mm时是诱导体细胞染色体加倍的有效时期。此时施加30 mg/L的秋水仙碱溶液处理3d,四倍体诱导率可达5.9～12.6%。(2)研究表明青杨四倍体属于生长缓慢而矮小的多倍体类型。青杨四倍体叶片形状发生改变,呈阔卵形;叶片厚度、叶脉及茎节间、木质部细胞均显著大于二倍体,而高生长速率显著小于二倍体。对于前1-10位叶片而言,青杨四倍体叶片光合速率较同叶位二倍体依次提高57.53%～9.50%,随着叶片叶龄的增加,四倍体11-20叶位叶片光合速率迅速下降,比同叶位叶片的二倍体依次降低12.8～48.7%。此外,青杨四倍体总蛋白含量、POD、CAT活性、MDA含量等生理生化指标,均表现出随着叶龄的增大而迅速下降的趋势,甚至显著低于同叶位的二倍体。(3)揭示了青杨四倍体随着叶片叶龄增大其内源激素含量及差异基因表达量均表现出与生长相一致的规律性变化。与二倍体相比,青杨四倍体与营养生长正相关的内源激素GA3、IAA、BR等合成与信号转导相关的差异基因,如CPS、KS、KAO、GA 3-oxidase、Auxin、Aux/IAA、ARFs、BRI1等表达量具有随叶片叶龄增加呈现迅速下降的趋势;而与营养生长负相关的内源激素ET、ABA、JA等合成及信号转导相关的差异基因,如ERF、ABF、PP2C、SnRKs、JAZs、PYL等表达量具有随叶龄增加呈现逐渐升高的趋势。受基因调控影响,激素含量测定发现,与二倍体相比,青杨四倍体中GA3、IAA、ZT等促进细胞分裂及茎干生长的激素含量随着叶片叶龄增加而降低,显著低于同叶位的二倍体;而参与细胞衰老的JA、ABA等激素含量具有随叶片叶龄增加而不断升高的趋势。表明四倍体激素含量变化可能是引起四倍体叶片加速衰老、生长速率减慢的重要原因之一。(4)发现青杨四倍体与二倍体相比具有叶绿体降解快的特性,由此导致其成熟叶片光合作用及蔗糖和淀粉合成代谢能力显著降低。叶绿体合成、光反应、蔗糖与淀粉合成分解等相关差异表达基因表达量具有随着叶片叶龄增大均呈现先上调后下调的趋势。包括POR、LHCB3、·LHB1B1、ELIP等参与叶绿素合成的基因,PsaF、PsbR等在内的类囊体膜多亚基蛋白复合体Psa、Psb家族基因,LHCA3、LHCB1等与光合反应相关的光能捕获复合体LHC家族基因,以及SUS、SPS、SS、AMS、BAM、PHS等参与蔗糖和淀粉合成代谢相关的基因。而PAO1、CLH等与叶绿素降解相关的基因则呈现逐渐上调表达的趋势。叶绿素、蔗糖、果糖、葡萄糖、SUS、SPS、AMS、α-AMS、β-AMS等基因表达产物测定以及叶绿体电镜超微结构的观察证明,青杨四倍体比二倍体叶绿体降解快,光合反应以及蔗糖和淀粉合成代谢能力随叶片叶龄增大而逐渐降低,与基因表达趋势一致。(5)发现青杨四倍体与营养生长相关的miRNA表达具有剂量效应。其中靶基因与营养生长正相关的 miR156、miRNA159、miR167、miRNA390、miR393、miR396、miR399等家族的miRNAs,具有随着叶片叶龄的增加,表达量显著高于二倍体相应叶位的特点,使得ARF、TIR、GAMAY、GRF、SPL靶基因表达量显著降低;而靶基因与营养生长负相关的miR530、miR164、miR172、miR319等家族的miRNAs,具有随着叶片叶龄的增加,表达量显著低于二倍体,使得ERA、M4C、AP2、TCP等靶基因表达量显著升高。miRNA表达具有剂量效应可能是青杨四倍体营养生长缓慢的重要调控机制之一。(6)阐明了青杨四倍体营养生长缓慢的分子基础。即随着青杨四倍体叶片发育,与营养生长相关的miRNAs表达呈剂量效应,其中靶基因与营养生长正相关的差异miRNA表达量逐渐增多,ARFs、GAMYB等靶基因表达量因受到的抑制程度增强而显著下调,GA3、IAA等促进生长的激素含量显著低于二倍体;而靶基因与营养生长负相关的差异miRNA表达量逐渐减少,ERF、TCP等靶基因表达量因受到的抑制程度减弱而显著上调,ABA、JA、ET等调节衰老的激素含量高于二倍体,进而导致青杨四倍体叶绿体降解及叶片衰老加快,光合速率降低,糖、淀粉合成及分解能力下降,最终造成青杨四倍体比二倍体营养生长缓慢。