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木材是工业和生物质能源等生产的被广泛使用的可再生原料。林木次生木质部不仅木质化形成木材,同时负责将根吸收的水分及离子运输到其他组织,其发育和建成对林木适应干旱环境尤为重要。因此,通过对木质部响应干旱胁迫的研究,既可以了解更多有关抗旱的机制,也可以了解干旱胁迫对生产木质生物质的影响。MYB家族转录因子不仅在木材形成中发挥着关键的转录调控作用,而且在植物响应干旱胁迫中起着重要的调控作用。本实验室前期研究结果显示PtrMYB92基因在毛果杨木质部中特异表达,并且受干旱胁迫调控,预示着PtrMYB92基因可能参与调控毛果杨木质部发育以及干旱胁迫响应过程。本研究首先通过农杆菌浸染的快速遗传转化法将PtrMYB92基因过表达载体和CRISPR突变载体对毛果杨进行遗传转化,并对转基因植株进行DNA、RNA水平分子检测及测序鉴定,最终获得了 13个过表达PtrMYB92转基因株系和4个敲除PtrMYB92基因的突变体株系。通过观察这些转基因和突变体植株的表型发现,与野生型毛果杨相比,过表达PtrMYB92转基因植株的根系少、茎干细、叶片小、植株矮,而PtrMYB92基因突变体植株在形态上与野生型没有明显的差异。通过石蜡切片进行组织细胞学分析,结果显示过表达PtrMYB92转基因植株的木质部发育有明显的变化,导管细胞数量显著增多,导管细胞孔径变小,而PtrMYB92基因突变体木质部单位面积内导管面积增大。扫描电镜观察发现,过表达PtrMYB92转基因植株的细胞壁有所加厚,而PtrMYB92基因突变体的细胞壁无明显变化,表明PtrMYB92基因可能在调控毛果杨次生壁加厚上存在功能冗余。进一步研究发现,过表达PtrMYB92转基因植株中木质素合成酶基因上调表达,木质素含量明显增多;而PtrMYB92基因突变体中木质素合成酶基因下调表达,木质素含量减少,表明该基因参与调控木质素的生物合成。并且过表达PtrMYB92转基因植株的S型木质素比例明显降低,G型木质素比例升高,H型木质素比例无明显变化;而突变体植株的S型木质素比例变化不明显,G型木质素比例升高,H型木质素减少。此外,对过表达PtrMYB92转基因植株以及野生型毛果杨植株进行干旱胁迫处理发现,与野生型毛果杨相比,过表达PtrMYB92转基因植株对干旱更敏感。综上所述,本研究解析了PtrMYB92基因在毛果杨木质部发育及响应干旱胁迫过程中的调控功能,为利用基因组编辑技术创制优质、高抗的林木新种质提供了新线索。