六倍体转基因741杨树营养生长减缓的特征及分子机制解析

本研究首次通过多组学联合分析揭示了六倍体转基因741杨树(Pb29)营养生长减缓的分子机制。研究发现六倍化导致光合能力下降、生长素(IAA)和赤霉素(GA3)降解加速、脱落酸(ABA)积累，并通过转录组重塑、miRNA调控和DNA甲基化变化构建多层级调控网络。特别鉴定出乙烯响应因子ERF016-like通过调控光合产物积累和生长素响应负向调控植物生长，为多倍体杨树育种提供了重要分子框架。

　　

六倍体转基因741杨树营养生长减缓的分子机制

植物材料与生长特性
以含有抗虫基因BtCry1Ac的三倍体转基因741杨树Pb29为材料，通过秋水仙素诱导获得同源六倍体。六倍体植株表现出显著生长抑制：株高降低、叶面积减小、叶片增厚且气孔增大。扫描电镜观察显示六倍体叶片组织结构改变，光合指标测定发现净光合速率(Pn)和最大光化学效率(F_v/F_m)显著下降。

生理生化特征变化
六倍体中叶位叶片呈现典型生理变化：叶绿素含量升高但光合能力下降，可溶性糖和淀粉含量降低。植物激素检测显示生长素(IAA)和赤霉素(GA₃)含量减少，而衰老相关激素脱落酸(ABA)积累增加。抗虫性分析发现六倍体中叶Bt蛋白表达量降低，对美国白蛾(Hyphantria cunea)幼虫的抗性减弱。

转录组调控网络重塑
RNA-seq分析鉴定出2328个中叶差异表达基因(DEGs)，主要富集于光合作用、碳固定和植物激素信号转导通路。基因调控网络(GGM)分析发现，位于顶层的ERF016-like转录因子表达随叶龄增加而升高，可能负调控营养生长。该基因编码的蛋白经亚细胞定位验证定位于细胞核。

表观遗传调控特征
小RNA测序发现95个差异表达miRNA，其中miR319、novel-m0126-5p和ptc-miR6427-3p通过靶向MYB33、TCP3等基因参与生长调控。全基因组甲基化测序显示六倍体CHG型甲基化水平显著升高，SAUR、IAA等基因启动区超甲基化与表达变化相关。

ERF016-like的功能验证
通过CRISPR-Cas9敲除和过表达实验证实，ERF016-like通过调控光合相关基因(AtpB、PsaH)、糖代谢基因(PGK)和生长素响应基因(SAUR、GH3)抑制生长。过表达株系表现出生长抑制和IAA积累，而敲除株系株高增加26%、侧枝发育增强。DNA亲和纯化测序(DAP-seq)鉴定出803个靶基因，包含GCC-box和DRE/CRT顺式元件。

多层级调控模型
研究最终提出六倍体生长减缓的综合调控模型：基因组加倍引发转录网络重塑，ERF016-like通过激素信号与光合代谢调控形成核心节点，协同miRNA表达变化和DNA甲基化修饰，共同导致能量分配失衡和生长抑制。该发现为多倍体林木分子设计育种提供了新靶点。