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随着我国天然林的全面禁伐,木材供给短缺的问题更为明显,因此木本竹的开发利用成为研究的热点之一。毛竹（Phyllostachys edulis）作为我国分布最广的木本竹种,凭借其优质的材性成为良好的木材替代品,其用途广泛涉及家具、建筑和造纸等各个方面。另外,竹浆造纸具有原料易得和成纸光滑等优点,在一定程度上可代替部分木浆造纸,然而木质素的降解一直是竹浆造纸工业实现绿色环保的难点之一。因此,研究毛竹木质化调控机制,解析次生细胞壁生物合成转录调控网络,挖掘木质素生物合成及调控关键基因,对利用生物工程手段来调控毛竹竹材制品的品质具有重要意义。本研究结合竹笋木质化过程中的生理生化变化,利用转录组、miRNA测序和降解组测序等组学方法,对毛竹笋木质化过程中mRNA和miRNA的表达模式及其作用机制进行了研究,构建了木质素生物合成遗传调控网络;对网络中的核心转录因子MYB家族成员进行了全基因组鉴定和生物信息学分析,筛选出参与木质素生物合成的关键MYB转录因子基因PeMYB123,利用分子生物学方法深入研究了该基因在木质素生物合成中的调控作用。主要研究结果如下:1.毛竹笋木质化过程中的生理生化变化根据毛竹笋的生长特性,选取快速生长期代表各个生长阶段的笋（1.0 m、2.0 m、4.0m、6.0 m和8.0 m）,以第13节间作为研究材料。组织化学染色结果表明,随着竹笋高度增加维管束染色细胞的数量增加,染色加深,说明笋的木质化程度逐渐加深,其木质化呈现一个“缓慢-快速-缓慢”的S型变速加深曲线。另外,随着竹笋高度增加,木质素含量也持续增加,但单个节间的上、中、下三部分木质素含量分布不均,三部分的木质化程度和木质素含量由‘上部＞中部＞下部’最后变为‘下部＞中部＞上部’。参与木质素生物合成的关键酶—苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia-Lyase,PAL,EC 4.3.1.5）和漆酶（Laccase,LAC,EC 1.10.3.2）的酶活性均上调,并呈现先上升后下降的趋势。2.毛竹笋木质化过程中的基因表达与调控网络利用转录组测序,在不同高度笋之间共鉴定了差异表达基因（DEG）11504个,其中大部分与细胞壁和木质素合成相关的基因表达上调,而与细胞生长相关的基因表达下调。通过miRNA测序,不同高度笋中共鉴定出miRNA 1502个（已知的1223个和新鉴定的279个）,其中差异表达miRNA（DEM）687个。通过降解组测序和生物信息学分析,共鉴定691个miRNA靶向5756个DEG。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）,得到5个与木质素合成相关的基因模块,综合分析后首次构建了一个包括11个miRNA、22个转录因子和36个酶基因的毛竹笋木质素生物合成调控网络。MYB作为该网络的核心调控因子,受到NAC的调控,且直接调控下游的酶基因,其中包括决定苯丙烷代谢途径进入何种特定生物合成途径的4-香豆酰辅酶A连接酶（4CL）基因。3.毛竹MYB转录因子的全基因组鉴定和表达分析在毛竹基因组中共鉴定了222个MYB转录因子,其中214个典型的R2R3-MYB（2R-MYB）,6个R1R2R3-MYB（3R-MYB）和2个4R-MYB（4R-MYB）,其对应的基因依次命名为PeMYB1～PeMYB214、PeMYB3R-1～PeMYB3R-6和PeMYB4R-1～PeMYB4R-2。基因结构分析表明,各PeMYBs内含子/外显子结构差异明显,外显子数在1～12个之间。系统发育分析表明,PeMYBs分属于31个亚家族,有22个亚家族被分为4类功能,其中7个亚家族的成员参与木质素、纤维素和半纤维素生物合成的调控,调节次生细胞壁的形成。根据RNA-seq数据,几乎所有的PeMYBs均表现为很强的组织特异性。qPCR分析表明,随着竹笋木质化程度的不断增加,与次生细胞壁生物合成和沉积相关的12个PeMYBs的转录丰度均发生了显著变化,表明它们可能在次生细胞壁加厚和竹笋木质化过程中发挥着重要的作用。4.PeMYB123的基因功能验证PeMYB123是毛竹木质素调控网络中核心转录因子MYB成员之一。采用RT-PCR方法从毛竹中分离到PeMYB123,该基因的开放阅读框为969 bp,编码一个322氨基酸的蛋白,具有典型的R2R3结构域,且该蛋白与拟南芥木质素调控因子At MYB103同源。PeMYB123在笋中表达量最高,且随着笋高度的增加表达量上调,呈先上升后下降的趋势,其次为节和节间,而在箨片、枝芽和根中表达量较低。通过农杆菌介导法转化拟南芥,获得过表达PeMYB123转基因植株。与野生型相比,PeMYB123转基因拟南芥植株的花序茎增粗,导致生物量的增加,其中纤维素和半纤维素含量增加（分别最多增加了40.58%和45.26%）,而木质素含量减少（最多减少了18.88%）;表达谱分析表明,转基因拟南芥中参与纤维素和半纤维素合成的相关基因则受到诱导,而参与木质素生物合成基因的表达受到显著抑制。这些结果表明,在转基因拟南芥中PeMYB123可能通过调控关键酶基因的表达来调控木质化。5.毛竹4CL基因鉴定及PeMYB123对其调控验证在毛竹基因组中共鉴定出15个4CL同源基因（Pe4CL1～Pe4CL15）,分别属于2个亚家族（A和B）,其中亚家族A又分为3个类型（Type Ⅰ～Type Ⅲ）。15个Pe4CLs的启动子中均发现MYB结合位点（AC和SMRE元件）。基于RNA-seq的组织表达特异性分析表明,Pe4CLs在不同组织以及不同发育阶段的竹笋中表达模式存在明显差异。qPCR结果显示,随笋高度增加,除Pe4CL6的表达下调外,其他基因均呈上调趋势,这和12个与次生细胞壁生物合成相关的PeMYBs的表达趋势相似。转录自激活实验证明,完整的PeMYB123和C端具有转录活性,而N端和R2R3结构序列无转录活性。通过酵母单杂交实验,证实PeMYB123能够结合Pe4CLs的启动子。由此表明,在毛竹木质化过程中PeMYB123可能通过调控Pe4CLs的转录来参与木质素生物合成,从而影响次生细胞壁沉积。该研究结果对于解析竹子木质素生物合成的调控分子机制具有重要科学价值,同时为研究其他单子叶植物木质化相关机制提供了参考依据,并且为毛竹基因工程育种提供重要的基因资源。