马尾松(Pinus massoniana Lamb.)是我国主要的采脂用松树品种,目前有70%的松脂采自马尾松,但松脂单产较低是制约松脂产业发展的主要因素,选育高产脂品种、营建人工高产脂原料林是解决这个问题的有效措施,因此,深入认识马尾松产脂力形成机制,对加快我国马尾松高产脂良种选育进程有重要意义。论文以1993年营建的马尾松采脂林为研究材料,根据连续3年的生长状况和松脂产量调查数据,筛选生长性状基本一致,松脂产量稳定但产脂力不同的90个健康单株为最终研究对象,在系统了解不同产脂力马尾松树脂含量和生理差异的基础上,选择其中产脂力最高的3个单株组成转录组研究材料,进行转录组测序分析,挖掘马尾松松脂萜类合成代谢途径中相关的酶基因,同时研究这些酶基因的表达规律;筛选在不同产脂力马尾松中表达水平差异最大的基因PmGGPPS2为重点研究对象,研究该基因与产脂力的关系,并基于转录组信息设计特异引物克隆基因进行功能分析。以期深入了解马尾松产脂力形成的机制,为高产脂马尾松良种早期选育、分子辅助育种技术体系的建立和产脂力的生物调控奠定理论基础。取得的主要研究结果如下:1.马尾松针叶和嫩茎所含树脂以挥发油形式存在,针叶和嫩茎挥发油主要由单萜和倍半萜组成。挥发油中单萜类化合物含量占80%左右,倍半萜类化合物含量约占16%,挥发油以单萜类物质α-蒎烯含量最高,含量占比接近50%。树干所含的松脂主成分含量超过1%的有13种单萜、7种倍半萜和8种二萜类树脂酸,其中二萜成分占比最高,约占松脂总量的75~80%。产脂力不同的马尾松松脂各种萜类物质的化学组成基本相同,且各化学组分之间的比例差异不显著,产脂力高的马尾松表现在其松脂各个化学组分在含量上整体性提高。2.总萜类合成酶、单萜合成酶、倍半萜合成酶、二萜合成酶和ATP合酶等与马尾松萜类合成相关的酶活性均以高产脂力马尾松植株显著高于低产脂力植株,产脂力越高的植株其萜类合成相关的酶活性越高。3.马尾松RNA经测序、过滤后,获得34 750 291条高质量的clean reads,数据量为4.34G。序列片段组装后获得获得Unigene序列148 186条,Unigene序列长度在201~17928bp之间,平均长度617bp。Unigene序列通过与GO和KEGG等七大数据库进行进行比对,81 783条(55.18%)Unigene获得了功能注释。根据功能注释信息,在马尾松转录本中挖掘到覆盖马尾松萜类骨架生物合成的各个步骤的相关酶基因23条,73.91%的酶基因在高产脂马尾松上的表达水平高于低产脂力马尾松,其中表达差异最大的是GGPPS2基因,该基因的表达量是低产组的9.06倍。萜类合成相关酶基因表达差异是马尾松产脂力高低形成的内在原因之一。4.利用转录组序列信息设计特异引物,克隆得到编码区为1136bp的PmGGPPS2基因,该基因编码378个氨基酸。在成年树和幼年树的根、茎和叶器官中,PmGGPPS2均在针叶上的表达水平最高,在根系中最低。PmGGPPS2基因表达水平与产脂量相关程度较高,相关系数为0.73,基因的表达水平与产脂量呈正相关关系。5.构建了植物正义表达载体pGFP-PmGGPP2(+)和反义表达载体pGFP-PmGGPP2(-),通过农杆菌介导分别将带正义和反义片段的重组质粒转入拟南芥中,获得了转基因植株。检测发现转化正义片段的拟南芥植株中可检测到外源PmGGPPS2基因表达,并且叶片中6种主要的二萜组分含量较野生型显著提高。转化反义片段的植株中,拟南芥内源GGPPS基因表达则受到显著抑制,8种二萜组分含量显著降低。拟南芥转化结果表明PmGGPPS2是二萜组分合成过程中的重要基因。6.环境因子变化对萜类合成关键基因表达有显著影响。温度对马尾松5个萜类合成关键基因DXS1、DXR、GPPS、FPPS和GGPPS2的表达水平影响最大,基因表达量最大可相差70多倍,而光照和土壤水分对基因表达的影响相差均在2倍之内。温度中以低温对基因表达的影响最大,低温制约了马尾松萜类合成关键基因的表达。马尾松萜类合成关键基因在200Lx的弱光条件下最有利于其基因的表达。土壤水分过多或过于干旱均不利于马尾松萜类合成关键基因的表达,土壤含水量处在12.85%时,基因的表达水平最高。