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木材是工业生产和能源生产中广泛使用的可再生原料，次生细胞壁(SCW)是木材的主要成分。VND（Vascular-related NAC domain）家族基因是次生壁生物合成的关键转录因子，在调控植物次生生长、木材形成中扮演着重要角色。然而只有少数VND基因的功能被鉴定，本研究探讨了BpVND1基因调控白桦生长、抗逆及材性的功能及分子机制。
1、BpVND1蛋白定位在细胞核中。BpVND1基因的表达具有组织特异性，在成熟茎中的表达量最高，其次是在成熟叶中的表达，在根中的表达量最低，在幼叶和幼茎中的表达水平相似，揭示可能与植物生长发育相关。NaCl和Mannitol胁迫可诱导BpVND1基因的表达，提示其参与盐碱及渗透胁迫。
2、将BpVND1基因转入白桦基因组中，获得BpVND1基因过表达(OE)及抑制表达(SE)的转基因白桦植株。在NaCl和Mannitol胁迫下，BpVND1基因过表达株系显示出明显的抗逆性。BpVND1主要是通过提高活性氧清除能力、减少细胞死亡及激活脯氨酸生物合成等方式调控其抗逆能力。
3、将BpVND1基因的过表达(OE)、抑制表达(SE)转基因白桦和野生型白桦的茎段进行横切，扫描电镜、番红和甲苯胺蓝染色发现，OE白桦植株的木质部纤维细胞壁较野生型厚，染色程度深，SE植株的木质部纤维细胞壁比野生型白桦薄，染色程度浅。同时对细胞壁厚度和木纤维的胞壁率进行测量，发现OE株系的次生壁最厚，胞壁率最高，其次是野生型白桦株系，SE株系的次生壁最薄，胞壁率最低。说明BpVND1能够促进白桦次生细胞壁的合成。
4、对1年生转基因白桦的生长量进行观察和测量发现，SE转基因株系生长显著提高，株高、地径和鲜重均显著高于野生型白桦;而OE白桦株系的株高和鲜重与野生型相似，地径高于野生型。木质素和综纤维素含量测定发现，OE白桦株系中的木质素含量比野生型高，综纤维素含量比野生型低;SE白桦株系中的综纤维素含量比野生型高，木质素含量比野生型低。纤维长宽测定发现，与野生型白桦相比，SE转基因白桦株系中的纤维长度显著增加，纤维宽度差别不明显，长宽比显著增加:OE转基因白桦株系中纤维长度变短，纤维宽度和长宽比差别不明显。
5、BpVND1不但能够激活一系列次生壁合成相关基因的表达，而且还能够正向调控许多MYB转录因子，而这些MYB转录因子与调控次生壁合成相关。ChIP-PCR研究发现，BpVND1能够直接调控MYB54、MYB83、CCR1、CCoAOMT1和4CL1基因的表达来调控次生壁合成。
6、为研究白桦次生壁合成及生长的基因调控，对过表达株系OE4、抑制表达株系SE8及野生型白桦WT进行RNA-seq研究。OE4与WT相比，有516个差异表达基因(DEGs)，其中251个上调表达，265个下调表达;在上调表达的差异基因中，有25个基因与细胞壁增厚、抗性增强和木质素上升相关。在下调表达的差异基因中，有20个基因与纤维素和生长下降相关。Pathway富集分析发现，在苯丙烷生物合成(Phenylpropanoid biosynthesis)途径中的差异基因数量最多。SE8与WT相比，有156个差异表达基因(DEGs)，其中55个上调表达，101个下调表达。Pathway富集分析发现，在植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)途径中的差异基因数量最多。其中3个植物生长素酰胺合成酶(Gretchenhagen3，GH3s)基因下调表达，其可能与植物的快速生长和生物量的增加相关。
本实验系统研究了BpVND1基因在生长、响应非生物胁迫及次生细胞壁发育过程中的功能及调控机制，为白桦遗传改良及木材形成的调控机理研究提供了理论基础。
1、BpVND1蛋白定位在细胞核中。BpVND1基因的表达具有组织特异性，在成熟茎中的表达量最高，其次是在成熟叶中的表达，在根中的表达量最低，在幼叶和幼茎中的表达水平相似，揭示可能与植物生长发育相关。NaCl和Mannitol胁迫可诱导BpVND1基因的表达，提示其参与盐碱及渗透胁迫。
2、将BpVND1基因转入白桦基因组中，获得BpVND1基因过表达(OE)及抑制表达(SE)的转基因白桦植株。在NaCl和Mannitol胁迫下，BpVND1基因过表达株系显示出明显的抗逆性。BpVND1主要是通过提高活性氧清除能力、减少细胞死亡及激活脯氨酸生物合成等方式调控其抗逆能力。
3、将BpVND1基因的过表达(OE)、抑制表达(SE)转基因白桦和野生型白桦的茎段进行横切，扫描电镜、番红和甲苯胺蓝染色发现，OE白桦植株的木质部纤维细胞壁较野生型厚，染色程度深，SE植株的木质部纤维细胞壁比野生型白桦薄，染色程度浅。同时对细胞壁厚度和木纤维的胞壁率进行测量，发现OE株系的次生壁最厚，胞壁率最高，其次是野生型白桦株系，SE株系的次生壁最薄，胞壁率最低。说明BpVND1能够促进白桦次生细胞壁的合成。
4、对1年生转基因白桦的生长量进行观察和测量发现，SE转基因株系生长显著提高，株高、地径和鲜重均显著高于野生型白桦;而OE白桦株系的株高和鲜重与野生型相似，地径高于野生型。木质素和综纤维素含量测定发现，OE白桦株系中的木质素含量比野生型高，综纤维素含量比野生型低;SE白桦株系中的综纤维素含量比野生型高，木质素含量比野生型低。纤维长宽测定发现，与野生型白桦相比，SE转基因白桦株系中的纤维长度显著增加，纤维宽度差别不明显，长宽比显著增加:OE转基因白桦株系中纤维长度变短，纤维宽度和长宽比差别不明显。
5、BpVND1不但能够激活一系列次生壁合成相关基因的表达，而且还能够正向调控许多MYB转录因子，而这些MYB转录因子与调控次生壁合成相关。ChIP-PCR研究发现，BpVND1能够直接调控MYB54、MYB83、CCR1、CCoAOMT1和4CL1基因的表达来调控次生壁合成。
6、为研究白桦次生壁合成及生长的基因调控，对过表达株系OE4、抑制表达株系SE8及野生型白桦WT进行RNA-seq研究。OE4与WT相比，有516个差异表达基因(DEGs)，其中251个上调表达，265个下调表达;在上调表达的差异基因中，有25个基因与细胞壁增厚、抗性增强和木质素上升相关。在下调表达的差异基因中，有20个基因与纤维素和生长下降相关。Pathway富集分析发现，在苯丙烷生物合成(Phenylpropanoid biosynthesis)途径中的差异基因数量最多。SE8与WT相比，有156个差异表达基因(DEGs)，其中55个上调表达，101个下调表达。Pathway富集分析发现，在植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)途径中的差异基因数量最多。其中3个植物生长素酰胺合成酶(Gretchenhagen3，GH3s)基因下调表达，其可能与植物的快速生长和生物量的增加相关。
本实验系统研究了BpVND1基因在生长、响应非生物胁迫及次生细胞壁发育过程中的功能及调控机制，为白桦遗传改良及木材形成的调控机理研究提供了理论基础。