杨树（Populus spp.）是世界上重要的速生用材树种，也是常见的景观植物，广泛应用于林业生态环境建设和森林工业原料林培育等领域。杨树碳固定和生物量积累取决于其叶片光合碳同化能力及其维持时间，而景观变化同样与叶片生命周期活动密切相关。伴随着叶片发育从幼嫩到成熟、衰老，其细胞内的基因表达也必然呈现相应的规律性变化。开展杨树叶片发生发育过程中的基因表达规律及其核心调控因子研究，对于解析杨树叶片生长发育调控机制以及分子设计育种等具有重要的意义。

2023年10月，Horticulture Research 在线发表了林木育种与生态修复国家工程研究中心康向阳教授团队题为Spatiotemporal miRNA and transcriptomic network dynamically regulate the developmental and senescence processes of poplar leaves 的研究论文。

该研究在杨树叶片高通量测序的基础上，首先采用主成分分析将杨树不同叶位叶片划分为幼嫩到成熟（Y-M）、成熟到衰老（M-S）两个阶段，进而通过基因表达聚类分析将杨树叶片发生发育过程细分为5个时期，即幼龄叶细胞发生及功能分化时期，幼龄叶发育和光合能力初步形成时期，功能叶光合能力最强时期、功能叶光合能力下降时期、衰老叶时期（图1）。进而基于共表达网络分析，解析出杨树叶片生长发育乃至成熟到衰老过程中的关键调控因子，包括在叶片发育前期高表达，且随叶片发育表达量逐渐下降的转录因子KNAT7，miR396的靶基因GRF9、GRF12，miR319和miR159的靶基因TCP4等，具有促进叶片形态建成和生长发育的作用；以及在叶片发育前期低表达，且随叶片发育表达量逐渐上升的转录因子MYB5、LRL3及miR399与miR156的靶基因WRKY23、SPL4等，具有参与调控叶细胞衰老、叶绿素降解等作用（图2）。本结果为揭示杨树叶片发育转录调控生物学基础，以及基于分子设计育种延缓叶片衰老、提高叶片光合速率、延长叶片高光合时期等提供了新的探索方向。

图1 杨树叶片不同发育时期表达及功能富集分析

图2 核心miRNA和转录因子调控杨树叶片发育模式图

工程中心博士后杜康为论文第一作者，康向阳教授为论文通讯作者。此外，课题组博士研究生江慎秀、陈浩、夏宇飞、郭瑞华，凌傲宇以及北京市农林科学院廖婷助理研究员，中国农科院武文琦助理研究员共同参与了该项研究。该研究在北京林业大学林木遗传育种全国重点实验室和林木育种与生态修复国家工程研究中心完成，得到了“十四五”国家重点研发计划项目（2021YFD0005）的资助。

·研究团队介绍 ·

康向阳教授团队长期致力于林木多倍体育种理论和技术研究，建立了一套高效诱导林木配子、合子和体细胞染色体加倍技术体系，于世界上首次通过人工诱导获得杜仲、桉树、橡胶树三倍体；发明了植物遗传转化窗口期判别方法，可保证杨树等植物高效稳定遗传转化；提出“无性系人工林群体衰退”等概念，推进无性系人工林科学经营和产业化利用等。获国家科技进步二等奖1项；发表论文150余篇；获国家发明专利12项；选育出一系列三倍体白杨、杜仲、桉树新品种，获国家植物新品种权33项，其中‘北林雄株1号’等5个新品种通过国家良种审定等。

团队合照

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad186‍