毛竹(Phyllostachys edulis)占我国所有竹林栽培总面积的70%左右。毛竹林其笋奇特的快速生长模式一直以来备受研究者关注。毛竹基因组及转录组相关分析表明,毛竹笋快速生长发育与其体内复杂的生长素相关基因的表达调控密切相关。然而迄今为止关于生长素相关基因在毛竹快速生长过程中的表达调控机制仍是个空白。因此,对毛竹快速生长发育过程中的生长素相关基因表达调控机制进行研究具有重要意义。本研究利用石蜡组织切片、扫描电镜等技术方法对毛竹快速生长过程中顶端分生组织及节间分生组织的结构进行研究;以七个不同生长发育时期(S1-S7)的竹笋顶端的居间分生组织为材料,以生长发育停止的当年生茎秆作为对照(CK),利用Hiseq2000高通量转录组测序技术进行深度测序;比较转录组水平生长素相关基因表达丰度的差异,分析毛竹快速生长过程中存在的调控网络,预测激素信号转导途径差异表达基因的共表达网络;利用转录组数据对毛竹快速生长过程中生长素相关基因的可变剪接现象展开分析;根据基因表达的数据,可变剪接数据以及解剖结构对笋生长不同时期进行划分;通过基因工程技术将毛竹快速生长过程中生长素相关基因转入拟南芥,展开后续的功能验证等工作。该研究揭示了竹笋快速生长过程中解剖结构及基因表达的动态变化规律;构建了笋快速生长过程中生长素信号转导基因参与的共表达网络,初步明晰了生长素相关基因在毛竹快速生长过程中所起的作用;为毛竹笋生长过程的分子生物学研究奠定基础。主要研究结果如下:1.解剖结构分析表明在S1至S7阶段,位于竹笋顶端的顶端分生组织保持旺盛的分裂能力,其中在笋生长的冬笋期(S1)和前期(S2-S5),大量的居间分生组织保持着旺盛的有丝分裂能力,而在生长的后期(S6和S7),有丝分裂能力逐渐减弱。2.通过lllumina HiSeq TM 2000平台分别对七个不同生长发育时期的笋和展叶后的毛竹茎秆开展转录测序研究。与成熟茎秆相比,共鉴定出9431个基因至少在笋生长发育的一个时期差异表达。(log≥2;FDR≤0.01)。根据不同样品之间的聚类分析,毛竹笋生长可划分为4个时期:冬笋期(S1)、快速生长前期(S2-S5)、快速生长后期(S6-S7)以及成熟期(CK)。GO分析表明植物激素介导的信号转导途径、细胞对生长素刺激响应,细胞对内源刺激响应在毛竹笋快速生长过程中扮演着重要角色。基因表达量分析表明大量参与植物激素信号转导相关的基因以及细胞周期相关的基因差异表达。在预测的基因共表达网络中,生长素信号转导相关基因在其中起着举足轻重的作用。而AUX/IAA家族和AUX/LAX家族成员在其中位于较为中心的位置。其中PH01000025G1600在所有植物激素信号转导基因有最多的连接数,为13个。3.可变剪接现象(Alternative splicing)分析表明60.74%毛竹基因组的基因存在可变剪接现象。毛竹中的最普遍的AS类型是内含子保留,占所有可变剪接事件的27.43%。而外显子跳读仅占11.73%。根据同源异构体(Isoform)表达数据的聚类分析,竹笋生长可以划分为4个不同生长时期,包括冬笋期(S1)、快速生长前期(S2-S5)、快速生长后期(S6和S7)和成熟期(CK)。可变剪接数量在冬笋中最高,其次是快速生长前期,再次是快速生长后期,而在成熟期中可变剪接数量最低。同源异构体作为可变剪接的产物它们的表达数据聚类划分结果与基因表达的聚类分析结果高度一致,也与笋解剖结构反应的结果一致。AUX/IAA家族和AUX/LAX家族作为重要的生长素信号转导相关的基因家族均存在大量的同源异构体,而其中的绝大多数均具备完整的功能结构域。同源异构体表达量分析表明它们中的绝大多数在笋快速生长过程中呈现上调表达。4.生长素相关基因在植物的生长发育过程中起着不可替代的作用。在本研究中,我们分离了毛竹3个AUX/IAA基因,AUX/LAX1基因的克隆工作已在2014年完成(张春玲,2014)。分别命名为PheIAA1、PheIAA2、PheIAA3和PheLAX1。在外源生长素IAA处理3个月大的毛竹幼苗后PheIAA1、PheIAA2先表现出上调表达趋势,而表达量从处理后第6 h开始逐渐下降。PheIAA3先呈现上调表达,随后表达量恢复到正常水平。PheLAX1在外源生长素(IAA)处理后则一直呈现下调趋势。在生长素抑制剂(NPA)处理后,4个基因的表达量均呈现出不同程度的下调。5.亚细胞定位分析发现PheIAA1、PheIAA2和PheIAA3定位于细胞核,呈现典型的转录抑制因子特征。PheLAX1定位于细胞膜和细胞质。PheLAX1的转基因株系与野生型相比,植株叶片变小,并且分枝增多。本研究已经得到3个AUX/IAA基因的T2代拟南芥转基因株系,为后续分析它们在毛竹快速生长过程中具体的功能作用奠定了基础。