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杨树是我国主要人工林造林树种，具有适生范围广、早期速生性强的特性，广泛用于纸浆用材林，欧美杨(Popzdus×euramericuna)已成为各地纸浆林建设的主力军。理想株型为选择育种和分子育种的目标与定律，林术中的相关研究进度缓慢。林木生长周期长，早期选择一直是育种工作者研究的重要问题。基于研究组获得的成龄期高密度栽植高产理想株型欧美杨基础上，本研究在更为可控一致的条件下对其进行回溯性研究。分析不同栽植密度下欧美杨植株生长、分枝、叶片、气孔、光合生理及物候特性;应用三维激光扫描技术获取模拟密度试验（遮荫处理）下叶片相关性状参数，进行表型与基因表达联合分析;对不同龄期的高产理想株型欧美杨进行基因表达差异及联合分析;研究从生长、光合生理、表型组、转录组多个层面对高产理想株型生长相关性状进行分析探究，为深入认识及开展杨树理想株型尽早且可靠地早期选择提供支持，对杨树优质高产育种具有重要参考意义。主要研究结论如下:
(1)不同栽植密度下欧美杨无性系的生长、表型性状及光合生理等存在较大差异，高密度下植株的株高、胸径、分枝数、分枝角、叶片数、叶片长度、宽度、叶柄长度、单叶面积、叶绿素相对含量、气孔长度、宽度、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均小于低密度下的指标值，密度通过影响各性状指标最终影响了产量。综合考虑基于欧美杨早期生长模型分析，最终选取株高、胸径、叶片数、分枝角、单叶面积、比叶重和水分利用效率7个指标作为高产理想株型欧美杨的早期问接选择指标。高产理想株型优良无性系97、111和171，具有株高、胸径和地径生长快速，叶片及分枝数日较多，单叶面积大，n十柄长度长，叶片总保留期长的相对特性。
(2)密度模拟试验的遮荫处理下植株表现出细高生长状态，叶片叶绿素相对含量在遮荫处理下有所增加。基于生长性状和叶绿素相对含量指标，结合主成分分析和隶属函数法综合筛选出耐荫性较强的无性系171和97。三维扫描成像测得叶片相关性状，分析发现低度遮荫适度增大了叶片长度、宽度和单叶而积，但遮荫程度加剧其相应指标值降低，叶柄长度、节间距和天顶角伴随遮荫程度加剧而增大。三种遮荫处理与对照组对比下的两个无性系中分别找到50、268和124个共有的差异表达基因(DEGs)。GO分析发现这些差异基因主要涉及转录、DNA模板、黄酮类生物合成过程、细胞核、ATP与DNA结合、金属离子结合等功能。同时，转录组测序筛选出20个参与避荫反应相关的DEGs。通过三维扫描获得的叶片表型性状，与基因表达进行联合分析构建了欧美杨加权基因共表达网络，发现Midnightblue模块与天顶角和节间距的相关性均较高，筛选出该模块内连通性排名前10的基因，作为模块内的核心节点基因，其可能是参与性状调控的重要候选基因，为解析复杂的农艺性状相关调控网络提供了新的线索与参考。
(3)两个幼龄期高产理想株型欧美杨无性系的转录组测序，不同密度及部位对比中找到大量DEGs，其在高产理想株型的早期形成过程中发挥重要作用。高密度和低密度的不同部位对比中分别找到6547个和7471个共同存在的DEGs，高密度与低密度对比的植株上部和下部分别找到27个和21个共有的DEGs。GO分析显示同一密度的上下部位对比中差异基因主要涉及膜的内在组成、质膜、对非生物刺激的反应、小分子代谢过程、催化活性、转移酶活性等功能条目;同一部位的高密度与低密度对比中多涉及转录DNA模板、细胞核和转录因子活性序列特异性DNA结合等功能。KEGG分析发现两种密度下受不同部位共同影响的显著通路为脂肪酸、氨基糖、核苷酸糖、淀粉和蔗糖代谢等。转录组测序筛选出12个与叶片衰老相关的DEGs，可为解释高密度栽植条件下植株下部叶片提早脱落的衰老现象提供重要依据。在两个无性系不同密度的上下部位对比中找到5个同时存在的捕光复合物Ⅰ和Ⅱ叶绿素a/b结合蛋白，其可作为欧美杨高光效筛选的重要参考基因。
(4)成龄期高产理想株型欧美杨转录组测序，不同密度及部位对比中发现大量DEGs，其对高产理想株型起到重要的调控作用。高密度不同部位间存在4929个上调表达基因，4082个下调表达基因;低密度不同部位间存在1488个上调表达基因，2199个下调表达基因;同一部位不同密度间存在1885个上调表达基因，2119个下调表达基因。GO分析发现同一密度不同部位对比的差异基因多数为与细胞壁相关的功能条目，而同一部位不同密度对比的植株上部多与物质代谢过程相关，中部多与生物过程相关，下部多与物质反应相关。KEGG分析显示类黄酮生物合成通路为两种密度下受不同部位共同影响的显著通路，同一部位不同密度对比间的DEGs则主要富集在植物激素信号转导通路。分析找到5个捕光叶绿素a/b结合蛋白基因，一系列对光刺激反应的DEGs，这些DEGs可作为理想株型高光效筛选的参考基因。
(5)不同龄期高产理想株型欧美杨基因表达联合分析，在不同龄期的密度与部位对比中共找出14987个DEGs，其在高产理想株型的不同发育阶段发挥着重要作用。GO分析显示高密度的上部和下部差异基因主要为一些与生物合成及代谢过程相关的功能条目;低密度植株上部主要为与酶活性及细胞成分内物质相关的功能条目，而下部主要为与外界响应及代谢过程相关的功能条目。KEGG分析发现不同龄期对比下显著富集的是植物激素信号转导通路。转录组联合分析找到一系列与理想株型分枝发育相关的DEGs，主要包含植物生长素、细胞分裂素和独脚金内酯生物合成与信号转导过程中的相关基因，构建了欧美杨分枝发育激素调控的基因网络，可为后续研究杨树理想株型形态建成提供重要参考。转录组联合分析找到一系列富集到光合作用和光合作用，天线蛋白通路中的DEGs，鉴定获得的这些光合作用相关基因可为后续进行欧美杨高光效选育研究提供重要的参考依据。
本研究以不同龄期的高产理想株型欧美杨为研究对象，回溯性研究筛选出高产理想株型的早期间接选择指标;密度模拟试验的遮荫处理下通过三维扫描技术获取植株叶片性状参数，转录组测序找到叶片耐荫性相关基因，建立基因共表达网络挖掘到参与生长特定性状调控的关键候选基因;不同龄期转录组测序及其联合分析中挖掘出一系列与高产理想株型生长相关的重要功能基因。从多组学层面开展高产理想株型欧美杨生长相关性状的探索性研究，为杨树优质高产育种研究提供重要参考与依据。
(1)不同栽植密度下欧美杨无性系的生长、表型性状及光合生理等存在较大差异，高密度下植株的株高、胸径、分枝数、分枝角、叶片数、叶片长度、宽度、叶柄长度、单叶面积、叶绿素相对含量、气孔长度、宽度、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均小于低密度下的指标值，密度通过影响各性状指标最终影响了产量。综合考虑基于欧美杨早期生长模型分析，最终选取株高、胸径、叶片数、分枝角、单叶面积、比叶重和水分利用效率7个指标作为高产理想株型欧美杨的早期问接选择指标。高产理想株型优良无性系97、111和171，具有株高、胸径和地径生长快速，叶片及分枝数日较多，单叶面积大，n十柄长度长，叶片总保留期长的相对特性。
(2)密度模拟试验的遮荫处理下植株表现出细高生长状态，叶片叶绿素相对含量在遮荫处理下有所增加。基于生长性状和叶绿素相对含量指标，结合主成分分析和隶属函数法综合筛选出耐荫性较强的无性系171和97。三维扫描成像测得叶片相关性状，分析发现低度遮荫适度增大了叶片长度、宽度和单叶而积，但遮荫程度加剧其相应指标值降低，叶柄长度、节间距和天顶角伴随遮荫程度加剧而增大。三种遮荫处理与对照组对比下的两个无性系中分别找到50、268和124个共有的差异表达基因(DEGs)。GO分析发现这些差异基因主要涉及转录、DNA模板、黄酮类生物合成过程、细胞核、ATP与DNA结合、金属离子结合等功能。同时，转录组测序筛选出20个参与避荫反应相关的DEGs。通过三维扫描获得的叶片表型性状，与基因表达进行联合分析构建了欧美杨加权基因共表达网络，发现Midnightblue模块与天顶角和节间距的相关性均较高，筛选出该模块内连通性排名前10的基因，作为模块内的核心节点基因，其可能是参与性状调控的重要候选基因，为解析复杂的农艺性状相关调控网络提供了新的线索与参考。
(3)两个幼龄期高产理想株型欧美杨无性系的转录组测序，不同密度及部位对比中找到大量DEGs，其在高产理想株型的早期形成过程中发挥重要作用。高密度和低密度的不同部位对比中分别找到6547个和7471个共同存在的DEGs，高密度与低密度对比的植株上部和下部分别找到27个和21个共有的DEGs。GO分析显示同一密度的上下部位对比中差异基因主要涉及膜的内在组成、质膜、对非生物刺激的反应、小分子代谢过程、催化活性、转移酶活性等功能条目;同一部位的高密度与低密度对比中多涉及转录DNA模板、细胞核和转录因子活性序列特异性DNA结合等功能。KEGG分析发现两种密度下受不同部位共同影响的显著通路为脂肪酸、氨基糖、核苷酸糖、淀粉和蔗糖代谢等。转录组测序筛选出12个与叶片衰老相关的DEGs，可为解释高密度栽植条件下植株下部叶片提早脱落的衰老现象提供重要依据。在两个无性系不同密度的上下部位对比中找到5个同时存在的捕光复合物Ⅰ和Ⅱ叶绿素a/b结合蛋白，其可作为欧美杨高光效筛选的重要参考基因。
(4)成龄期高产理想株型欧美杨转录组测序，不同密度及部位对比中发现大量DEGs，其对高产理想株型起到重要的调控作用。高密度不同部位间存在4929个上调表达基因，4082个下调表达基因;低密度不同部位间存在1488个上调表达基因，2199个下调表达基因;同一部位不同密度间存在1885个上调表达基因，2119个下调表达基因。GO分析发现同一密度不同部位对比的差异基因多数为与细胞壁相关的功能条目，而同一部位不同密度对比的植株上部多与物质代谢过程相关，中部多与生物过程相关，下部多与物质反应相关。KEGG分析显示类黄酮生物合成通路为两种密度下受不同部位共同影响的显著通路，同一部位不同密度对比间的DEGs则主要富集在植物激素信号转导通路。分析找到5个捕光叶绿素a/b结合蛋白基因，一系列对光刺激反应的DEGs，这些DEGs可作为理想株型高光效筛选的参考基因。
(5)不同龄期高产理想株型欧美杨基因表达联合分析，在不同龄期的密度与部位对比中共找出14987个DEGs，其在高产理想株型的不同发育阶段发挥着重要作用。GO分析显示高密度的上部和下部差异基因主要为一些与生物合成及代谢过程相关的功能条目;低密度植株上部主要为与酶活性及细胞成分内物质相关的功能条目，而下部主要为与外界响应及代谢过程相关的功能条目。KEGG分析发现不同龄期对比下显著富集的是植物激素信号转导通路。转录组联合分析找到一系列与理想株型分枝发育相关的DEGs，主要包含植物生长素、细胞分裂素和独脚金内酯生物合成与信号转导过程中的相关基因，构建了欧美杨分枝发育激素调控的基因网络，可为后续研究杨树理想株型形态建成提供重要参考。转录组联合分析找到一系列富集到光合作用和光合作用，天线蛋白通路中的DEGs，鉴定获得的这些光合作用相关基因可为后续进行欧美杨高光效选育研究提供重要的参考依据。
本研究以不同龄期的高产理想株型欧美杨为研究对象，回溯性研究筛选出高产理想株型的早期间接选择指标;密度模拟试验的遮荫处理下通过三维扫描技术获取植株叶片性状参数，转录组测序找到叶片耐荫性相关基因，建立基因共表达网络挖掘到参与生长特定性状调控的关键候选基因;不同龄期转录组测序及其联合分析中挖掘出一系列与高产理想株型生长相关的重要功能基因。从多组学层面开展高产理想株型欧美杨生长相关性状的探索性研究，为杨树优质高产育种研究提供重要参考与依据。