林业所研究团队描绘落叶松时空发育转录图谱

标题林业所研究团队描绘落叶松时空发育转录图谱

作者 廖堂全 李万峰

日期20251219

年份2025

学科分类 220.15;林木遗传育种学

关键词 落叶松 时空发育 转录图谱 遗传改良 图片

内容  　　树木的生命周期是一个漫长且复杂的发育过程，伴随着生理和形态的显著变化。日本落叶松是我国重要的速生丰产用材树种，其生长周期长、世代间隔久，制约了遗传改良的进程。深入解析林木年龄相关的分子调控机制，对于缩短育种周期、加速良种选育具有重要的理论与实践意义。树木在生长过程中，不仅在时间维度上经历从幼年期到成年期的转变，在空间维度上（从基部到树冠）也存在明显的发育梯度。然而，由于针叶树高质量参考基因组结构注释的缺乏，树木时空维度上的年龄相关基因及其调控网络的研究仍较为有限，制约了对针叶树发育的深入理解。
　　针对上述问题，林业所研究团队利用最新的日本落叶松基因组组装数据，结合多组织转录组和同源蛋白证据，对基因组结构进行了全新注释，使其BUSCO评估完整度达到90.15%，显著提升了基因组注释质量。在此基础上，利用涵盖1年至50年不同树龄的时间序列样本，以及25年生树木不同高度的空间序列样本，系统描绘了日本落叶松的时空发育转录图谱。随后，利用时间趋势分析（TTA）、Spearman相关性分析（SCA）和广义线性模型（GLMA）三种策略，鉴定出307个高可信度的年龄相关基因，这些基因主要有两类表达模式。随年龄增加表达量下降的基因主要富集在非生物胁迫响应通路，表明幼树时期对环境变化更为敏感；随年龄增加表达量上升的基因则主要与组织分化、次生生长及生物量积累相关。
　　进一步的空间表达分析发现，13个年龄相关基因在树干垂直方向上差异表达，提示它们在调控空间特异性生理性状中发挥作用。其中有一个为MADS-box转录因子LaAGL2-3b，提示它可能调控其它年龄相关基因。通过酵母单杂交和双荧光素酶报告实验，证实LaAGL2-3b能够调控包括自身在内的6个年龄相关基因，形成了一个复杂的年龄相关转录调控网络。为了验证LaAGL2-3b的功能，研究构建了过表达拟南芥株系。研究结果显示转基因植株的生命周期进程显著加快，表现为抽苔时间、始花期及终花期均明显提前。这些结果表明LaAGL2-3b具有促进植物阶段转变的作用。
　　综上所述，该研究不仅提供了高质量的日本落叶松基因组和转录组资源，更揭示了针叶树时空发育的分子基础，特别是构建的LaAGL2-3调控网络，为未来通过基因工程手段调控树木生命周期、加速林木育种进程提供了潜在的关键靶点。相关成果以“Spatiotemporal dynamics of age-related genes and the regulatory network ofLaAGL2-3inLarix kaempferi(Lamb.) Carr. based on the latest genome annotation”为题，于2025年12月15日在线发表于《BMC Plant Biology》。林业所硕士研究生廖堂全为该论文第一作者，李万峰研究员为通讯作者。该研究得到了生物育种重大项目（2022ZD0401602）和国家自然科学基金（32271904）的资助。（廖堂全 李万峰）
中国林科院 　2025-12-19

资料来源中国林科院