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脱氧核糖核酸酶是一个在功能和结构上非常多样性的酶类,在真核生物中它们涉及一系列细胞学功能,包括DNA修复、重组和基因组降解。钙离子依赖型脱氧核糖核酸酶(Ca2+-dependent-Deoxyribonuclease,CDD)具有消化单链和双链DNA的活性,被认为与细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）相关。维管组织木质部分化过程中管状分子（tracheary element,TE）的形成是一类典型的PCD过程,但是在植物衰老和细胞程序性死亡过程中诱导的核酸酶的生物学功能尚未可知。因此了解PtCDD基因在木本植物杨树维管发育中的作用机制有重要的理论价值。本研究以PtCDD转基因银腺杨84K（Populus alba×P.glandulosa‘84K’）为对象,创制PtCDD基因缺失突变体杨树,分析PtCDD基因缺失对杨树生发育过程的影响,通过PtCDD基因在杨树中的差异表达比较,阐述PtCDD在杨树茎中维管组织发育中的作用,以及对胁迫环境的响应,另外还对拟南芥中2个同源基因AtCaN1、AtCaN2的表达及功能进行初步分析,可为揭示PtCDD基因在杨树维管组织发育过程的作用提供依据。通过PtCDD基因突变体表型分析,发现PtCDD基因缺失可引起杨树植物矮小（株高相比对照降低了9.3%-16.9%）,叶片面积变小（相比对照减小17.6%-27.1%）,光合性状改变;茎切片结果显示PtCDD基因缺失抑制了维管组织的分化,木质部细胞减少,相应的水分运输能力下降（相比对照减小19.7%-23.3%）,茎节间数也显著减少。对PtCDD基因突变体表型分析结果表明,PtCDD缺失影响了叶片发育,次生木质部分化,在杨树生长发育过程中起着重要作用。通过比较PtCDD突变体和PtCDD过表达植株,发现PtCDD过表达植株能够增加节间周长和长度,组织切片显示PtCDD过表达促进维管组织次生木质部、韧皮部分化与增强的基因组DNA的片段化相关联。相比之下,PtCDD突变体表现出更小的节间周长和长度,并且在维管组织发育过程中通过减少基因组DNA片段化推迟次生木质部和韧皮部的形成。通过转录组分析发现,PtCDD通过影响维管形成层分生组织维持、形成层细胞分化和扩展、次生细胞壁沉积和自溶作用相关基因来调节维管组织的分化。以上结果表明,由PtCDD引起的DNA片段化在响应发育信号的维管分化中起重要作用。对PtCDD突变体和PtCDD过表达植株进行模拟干旱和高盐处理,在正常条件下PtCDD转基因植株株高没有显著差异,而干旱、高盐条件下PtCDD缺失突变体植株显著高于对照和PtCDD过表达植株,而过表达植株极显著低于对照及突变体。说明PtCDD过表达增强了杨树对干旱、高盐的敏感性,而敲除PtCDD后降低了杨树对干旱、高盐的敏感性。组织切片分析显示,在正常条件下木质部细胞层数呈现PtCDD过表达>对照84K>PtCDD缺失突变体,而在干旱、高盐条件下木质部细胞层数为PtCDD过表达<对照84K<PtCDD缺失突变体。表明PtCDD参与了木质部细胞分化过程,并当受到干旱、高盐胁迫时,PtCDD差异表达对木质部分化过程的影响。不仅如此,不定根数目统计显示,在正常条件和高盐条件下植株不定根数目呈现为PtCDD缺失突变体>对照84K>PtCDD过表达,表明PtCDD差异表达引起的不定根数目上的变化在一定程度上反映了杨树对非生物胁迫的敏感性。q RT-PCR分析显示,PtCDD过表达和PtCDD缺失突变体植株中均表现出多个PtPIP基因诱导高表达。表明PtCDD的表达变化可引起PtPIP基因不同成员的诱导表达,从而改变杨树的水分利用。杨树PtCDD的缺失或过量表达引起不定根数目的变化,同时改变了杨树的水分利用,影响了对非生物胁迫的敏感性,导致了胁迫下生长的变化。上述结果表明PtCDD参与杨树响应非生物胁迫过程。本论文拟通过对Ca2+依赖型核酸酶在维管发育过程中功能的研究和机理的阐述,为培育速生、高效的林木品种和分子育种提供理论依据。