杂交桉树中木质纤维素相关基因的RNA-SEQ分析，具有对比木碱性密度GydF4y2Ba

背景GydF4y2Ba

木材基本密度（WBD），每单位体积的植物细胞壁生物质，是牛皮纸生产中精英树选择的重要特征。在这里，我们研究了使用98开放授粉的WBD和木质体积或木质体积或木质物质之间的相关性，2.4至2.8岁的杂交桉树（GydF4y2Ba桉树尿尿GydF4y2BaXGydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2Ba）.研究了木质纤维素生物合成相关基因的转录物水平。GydF4y2Ba

结果GydF4y2Ba

后代植物平均WBD为516千克/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba具有正态分布，未显示WBD和木质体积或α-纤维素，半纤维素和Klason木质素含量之间的任何相关性。两组五株植物的转录组分析，每组高（570-609千克/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba）或低（378-409 kg / mGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba通过RNA-SEQ分析进行WBD，通过从乳房高度提取的Xylem组织提取的总RNA进行。木质纤维素生物合成相关基因，例如纤维素合酶，转化酶，肉桂酸糖-4-羟化酶和肉桂酰基 - COA还原酶在高WBD组中显示出更高的转录水平。在植物细胞壁改性基因中，在高WBD植物中也发现了几种扩展素和木糖葡聚糖内胰蛋白酶/水解基因的转录物水平。有趣的是，在高WBD植物中观察到编码细胞蛋白，肌动蛋白和肌蛋白的几种细胞骨架基因的强发血水平。此外，我们还发现编码NAC，MYB，基本螺旋环 - 螺旋，HING WBD植物中的同源域，WRKY和LIM转录因子的基因升高的转录水平。所有这些结果表明，植物中的高WBD已经与与木质纤维素形成相关的许多基因的转录相关有关。GydF4y2Ba

结论GydF4y2Ba

大多数木质纤维素生物合成相关基因表现出在高WBD植物中在相对较高的水平下倾向的趋势。这些结果表明，木质纤维素生物合成相关基因可能与WBD相关。GydF4y2Ba

伍迪生物量是一种重要的资源，因为它的可持续性，它以多种方式使用，如纸浆，纸张，土木建筑，家具和能源生产。在商业森林种植园，木材生产增加了造林系统的管理和常规树育种计划。然而，提高树木增长率和木材质量仍然是一个重大挑战。木质质量由木材（纤维素，半纤维素和木质素）的三个主要成分确定，物理性质如微纤维角，纤维长度和木材碱性密度（WBD）。WBD是每单位体积的植物细胞壁的生物质，是估计生物质和树木茎干的重要特征[GydF4y2Ba1GydF4y2Ba］．对于从国外进口木屑的日本制浆造纸工业来说，WBD是衡量木材质量和硫酸盐浆收率的最重要指标之一。一些报道表明，WBD在中度遗传控制下，表明WBD可以通过树木育种程序内的性状选择来改善。树木生长速率对WBD和管胞特性的影响[GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba］．因此，增加树木生长的造林实践可能会导致木材特性的变化，因为这些变化与不同细胞类型的相对数量及其特性有关[GydF4y2Ba4 gydF4y2Ba那GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba］．例如，在杰克松树和挪威云杉树上生长在矿物质土壤中，通过稀疏增加树生长通常会降低WBD [GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba8.GydF4y2Ba]，降幅认为是由于加速生产相对于晚材早材的。植物细胞壁主要由纤维素，半纤维素和木质素，它们在管状分子（在无籽维管植物和裸子植物管胞和血管在被子植物）和纤维在初级木质部和被子植物次生木质部（木）发现。其功能是对这些细胞类型，其作为机械组织促进维管束植物的生长，以极大的高度提供机械强度。在管状分子木质素沉积不仅加强了这些水导管反对通过蒸腾的负压，而且也使它们的疏水性为有效的水运输。纤维素是具有与半纤维素，以形成微纤维框架交联的基本结构单元。植物细胞壁的厚度取决于这三种组分的协调。木质素使纤维素和半纤维素的网络以提供额外的机械强度，刚性和疏水性的植物细胞壁。GydF4y2Ba

关于涉及WBD的分子机制，几个报告已经分析了转录水平GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba物种，其混合动力车，以及GydF4y2BaPinus Radiata.GydF4y2Ba[GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba10.GydF4y2Ba］．这些报告旨在鉴定基于定量性状基因座（QTL）分析的WBD中涉及的候选基因，并且它们没有提供足够的木质纤维素生物合成的基因表达数据。在这项研究中，我们研究了587 kg / m的F1母树的98个后代植物的WBDGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba结果表明，在WBD高、低两组各选择5株，表现为570 ~ 609 kg/mGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba或378-409 kg / mGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba分别为WBD（图。GydF4y2Ba1GydF4y2Ba）.然后，比较木质纤维素生物合成相关基因的转录物谱在显影这两组的木质组织中。该实验设计基于膨胀的偏格分析[GydF4y2Ba11.GydF4y2Ba］．在具有合适的特征的母树中产生的种子生长幼苗评价后代植物，例如生长速率，WBD或牛皮纸产率。在这里，我们在具有低和高WBD含量的植物中进行了木质纤维素生物合成相关基因和WBD的转录水平之间的相关分析。大多数木质纤维素生物合成相关基因表现出在高WBD植物中在相对较高的水平下倾向的趋势。我们还发现，几种转录因子，如Nam，Ataf和Cuc（NAC），肌脲母细胞病（MYB），基本螺旋环 - 螺旋（BHLH），Homodomain（HD），WRKY和LIN-11，ISL-1，MEC-3样（LIM），可以充当WBD的正面或负调节剂。该研究的结果表明，木质纤维素生物合成相关基因可能与WBD相关。GydF4y2Ba

植物材料GydF4y2Ba

我们使用克隆A（6.0岁），显示出高WBD（607公斤/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba在巴西阿帕帕州Amapá Florestal e Celulose S.A试验田(4.97°N, 48.78°W，海拔40 m)，研究了WBD与其开放授粉后代转录水平的相关性。克隆是GydF4y2Ba大肠urophyllaGydF4y2BaXGydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2BaF1杂交，用作这些后代植物的母树，但没有发现父亲。花粉可以由同一植物从自我授粉中做出的贡献。评估幽门病渗透（每棵树的3个渗透为1.2米）和五年的九十八2.4至2.8岁的树木GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba各子代基因型(GydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2BaXGydF4y2Ba大肠urophyllaGydF4y2Ba选择对比度WBD（图。GydF4y2Ba1GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

简单的序列重复（SSR）分析GydF4y2Ba

由DNASY植物迷你套件（QIAGEN，HILDEN德国）从叶子或钩环组织样品中提取十种选定的后代植物的基因组DNA。为了鉴定花粉父母，使用GRACA引物15,38,78,95,117和229进行SSR分析[GydF4y2Ba12.GydF4y2Ba］．PCR扩增条件为：94℃，5分钟，其次是304℃的30次循环1分钟，底漆特异性退火温度1分钟，72℃，1分钟，在72℃下5分钟，使用Takara Ex Taq（Takara Bio.Inc. Inc. Otsu，Japan）的最终延伸。GydF4y2Ba

RNA测序和转录水平的测定GydF4y2Ba

在9-11点2015年4月22日，随后该方法的时间使用RNA后来（QIAGEN，德国希尔登）如先前所描述显影木质部的样品收集[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．RNA样本的浓度由QUBIT荧光仪(Thermo Fisher Scientific Inc.， Waltham, MT)测量，并通过Bioanalyzer Chip DNA 1000 series II (Agilent, Santa Clara, CA)进行确认。所有样品归一化后为150 ng/μl。如前所述，提取的rna用于mRNAseq文库的制备[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．使用Miseq（Illumina，San Diego，CA）进行RNASEQ，使用150bp成对端运行，如前所述进行数据分析[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．从5种植物中的每一个高和低WBD组，10个RNA批量文库是在Illumina Miseq Flowcell的一条车道上测序的配对结束。在高WBD集团中，这一读数总计11600万，个别图书馆产量从21〜2900万次读取。在低WBD组中，这产生了总计11100万令吉，个人图书馆占据了19至2700万读。GydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2Ba植物血清V8.0中的注释V1.1被引用为参考序列（GydF4y2Bahttps:///phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#！info?alias=org_egrandis.GydF4y2Ba）.在当前研究期间生成和分析的数据集可在DDBJ数据库登录号DRA005369中获得。RPKM（每百万片段的每千碱基读数）值用于估计每个基因的转录水平[GydF4y2Ba14.GydF4y2Ba］．RPKM（<10.0）的基因被消除为低转录水平。每组的基因数（RPKM> 10）列于附加文件中GydF4y2Ba1GydF4y2Ba：表S1。在T检验时指定差异转录的基因，置信度为99％（截止为0.01）。GydF4y2Ba

QRT-PCR.GydF4y2Ba

qRT-PCR分析如前所述[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．使用PrimeScript TM RT试剂盒（Takara Bio Inc.，日本）的10μg总RNA合成第一链cDNA。本研究中使用的引物列于附加文件中GydF4y2Ba2GydF4y2Ba：表S2。GydF4y2Ba

近红外线（NIR）分析测量木材性质GydF4y2Ba

含有开发木质的木芯被除去地面1.2米。如前所述，每种芯是风干，用于预测木材化学成分，α-纤维素，半纤维素和克拉森木质素[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．NIR光谱学用于估计木材化学成分。将空气干燥的木材研磨，通过1mm筛网，并使用Nirflex（Buchi，瑞士）收集的NIR光谱[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．GydF4y2Ba

统计分析GydF4y2Ba

我们使用SAS 9.2软件，用于数据分析平均值之间的任何显着差异。使用Microsoft Excel统计工具进行相关分析。GydF4y2Ba

木质性质分析及植物材料选择GydF4y2Ba

选择克隆A用于AmapáForlestaleS.A的商业种植园。其WBD为587千克/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba（3.7岁）种植后。这种克隆还在巴西北部展出了良好的增长率。在果园里收集克隆A的克隆A的授粉种子，在苗圃中发芽并允许培养幼苗。在3.0×3.0米间距，种植了总共102个克隆幼苗。乳房高度（DBH）和树高的直径测量为九十八2.4-2.8岁的树木。还从这些植物中收集木质样品以分析木质性质。首先，我们研究了在克隆A的98个后代植物中的WBD分布。通过使用干燥的木粉末通过NIR分析测定WBD。其中大多数在475和575千克/米之间有WBDGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba并且在525-550 kg / m中观察到峰值GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba（图。GydF4y2Ba1AGydF4y2Ba）.超过575千克/米的后代植物的数量GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba或小于450公斤/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2BaWBD分别为8和10。同时，我们通过NIR和预测α-纤维素，Klason木质素和半纤维素含量评估了木质性质。我们研究了98个后代植物中WBD和生长速率或木材成分之间的相关性。通过考虑木质体积来测量生长速率，这些量由DBH和树高。WBD与增长率之间没有相关性（附加文件GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba：图S1A）。WBD并不与α-纤维素，半纤维素和klason-lignin内容相关（附加文件GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba:图S1B-D)。每株选择WBD在570 kg/m以上的5个子代GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba（H1-H5）或少于410千克/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba（L1-L5）进一步分析（图。GydF4y2Ba1B.GydF4y2Ba）.10个选定的后代植物的生长率彼此不同，具有低WBD组，L1-L5表现出差的生长速度差。另一方面，在高WBD组（H1-H5）中，与L组和H组的其他成员相比，H4和H5显示出更高的生长速率（图。GydF4y2Ba1C.GydF4y2Ba）.在木材组成方面，10个子代植株之间没有明显差异。GydF4y2Ba1DGydF4y2Ba）.我们执行了SSR分析以识别花粉父级（未显示的数据）。在十种植物中，五个是自授粉（H1，H 2，H 3，L 2和L5），另外四（H4，L1，L3和L4）突出，另一个（H5）未知，因为SSR分析没有成功。杂种后代植物的花粉父母的可能性是GydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba大肠urophyllaGydF4y2Ba和GydF4y2Ba大肠urophyllaGydF4y2BaXGydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2BaF1杂交植物根据父树名单。自我和府间个人之间的WBD和增长率没有系统差异。GydF4y2Ba

纤维素生物合成GydF4y2Ba

纤维素是植物细胞壁中的主要成分，并通过来自UDP-葡萄糖的纤维素合成酶（CESA）产生，所述UDP-葡萄糖通过两种不同的途径生物合成：通过蔗糖合成酶（SUSY）或通过转化酶（INV）（图。GydF4y2Ba2AGydF4y2Ba）.Susy催化蔗糖的可逆转化为果糖和UDP-葡萄糖。在几项研究中，苏比表达水平的增加与纤维素含量的增加相关[GydF4y2Ba15.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba16.GydF4y2Ba］．在另一种途径中，用D-葡萄糖合成UDP-葡萄糖;蔗糖也通过INV酶水解成D-葡萄糖和果糖。使用ATP作为磷酸化体供体和磷酸葡萄糖酶（PGM）在向前方向或6'到6'中将磷酸葡萄糖单体（PGM）转移到6'位置的D-葡萄糖单体上将磷酸盐基团或6'磷酸葡萄糖酶（PGM）磷酸化。'向后的位置。UDP-葡萄糖磷磷酸化酶（UGP），一种重要的调节酶催化来自葡萄糖1-杂化物至尿苷三磷酸的可逆反应，以尿苷二磷酸葡萄糖和焦磷酸盐[GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba］．在桉树中，已经鉴定出纤维素生物合成相关基因[GydF4y2Ba18.GydF4y2Ba］．在本研究中，我们发现INV1，Hex2，PGM1和2和UGP1在高WBD植物中显示出相对较高的表达（图。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba）.在杂种中鉴定了三个主要转录的Susy基因GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba和SUSY1表现出高WBD植物（图强表达。GydF4y2Ba2f.GydF4y2Ba）.有十个CESA基因具有相对强烈的表达。其中，在高WBD植物中强烈转录的三个主要CESA1-3基因（图。GydF4y2Ba2GGydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

克朗生物合成GydF4y2Ba

木聚糖是木本植物中主要的多糖，由β-(1,4)连接的木糖主链组成。木聚糖是由高尔基体中的酶合成的。木聚糖生物合成的前体是udp -木糖，它通过udp -葡萄糖脱氢酶(UGD)和udp -木糖合酶(UXS)从udp -葡萄糖转移(图)。GydF4y2Ba3AGydF4y2Ba）.遗传和生物化学分析GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba表明几个基因，如GydF4y2Ba不规则的木耳GydF4y2Ba，IRX7，IRX8，IRX9，IRX14和半乳酰基转移酶样（GATL），参与Xylan Biosynthesis [GydF4y2Ba18.GydF4y2Ba］．参与该过程的基因也已记录先前[GydF4y2Ba18.GydF4y2Ba］．在高WBD植物中升高了UGD和三个UXS基因的转录物水平（图。GydF4y2Ba3B，C.GydF4y2Ba）.IRX7和IRX14也显示了高WBD植物的转录水平升高的模式(图)。GydF4y2Ba3D，H.GydF4y2Ba）.间的植物细胞壁修饰基因，增加的几个扩展蛋白（EXP）和木葡聚糖内切转糖/水解酶（XTH）基因在高WBD植物的转录物水平也发现（图GydF4y2Ba3i，J.GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

木质素生物合成GydF4y2Ba

报道了三种类型的木质素聚合物，GydF4y2BaP.GydF4y2Ba聚合的 - 羟基苯基（H）木质素GydF4y2BaP.GydF4y2Ba-coumaryl醇，愈缩蛋白（g）木质素聚合由甲烷醇的甲醇聚合，并从SINAPEL醇聚合的林纳蛋白。通过普通苯丙烷途径从苯丙氨酸到羟基氨基酰基 - COA酯的单醇生物合成（图。GydF4y2Ba4GydF4y2Ba）.在GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba，11个酶，苯丙氨酸氨裂解酶（PAL），肉桂酸酯4-羟化酶（C4H），4-香豆酸酯COA连接酶（4CL），羟基氨基酰基烯烃：Shikimate羟基氨基酰基转移酶（HCT），GydF4y2BaP.GydF4y2Ba-coumaroyl shikimate 3'-羟化酶（c3'h），咖啡酰鳞类酯酶（cse），咖啡酰CoaGydF4y2BaO.GydF4y2Ba- 甲基转移酶（CCOAOMT），5-羟化酶（F5H），咖啡酸/ 5-羟基酸3/5GydF4y2BaO.GydF4y2Ba- 甲基转移酶（COMT），肉桂酰COA还原酶（CCR）和肉桂醇脱氢酶（CAD）涉及催化单氯化物生物合成[GydF4y2Ba19.GydF4y2Ba］．如图1所示。GydF4y2Ba4罪犯GydF4y2Ba，PAL，C4h和4CL基因在高WBD植物中表现出强烈的表达。催化转化的C3'H，CSE和HCT的转录水平GydF4y2BaP.GydF4y2Ba高WBD植物中-香豆素酰辅酶a和咖啡酰辅酶a的含量也很高。GydF4y2Ba4 eGydF4y2Ba）.通过CCOaOmt和Comt的两种甲基化步骤在单氯化物生物合成途径中存在[GydF4y2Ba20.GydF4y2Ba］．CCOAomT1,2和COMT2，3个基因显示两组之间的转录物水平没有差异（图。GydF4y2Ba4F，I.GydF4y2Ba）.F5H涉及通向S木质素的途径，催化来自Conifalardehyde的步骤以生产羟基乙基。在木质组织中只有一个转录的F5H基因，在高WBD植物中发现了F5H的显着强烈的转录物水平（图。GydF4y2Ba4 hGydF4y2Ba）.CCR还显示出高WBD植物中的较高水平的转录物丰度，但CAD基因显示出类似的转录水平（图。GydF4y2Ba4 gGydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

单甘醇聚合酶，过氧化物酶（PRX）和漆酶（LAC）显示出有趣的结果。与低WBD植物相比，PRX2,3和4在高WBD植物中表现出相对强烈的表达，而高WBD植物中的一个主要LA11显示出更大的转录水平，另一个LAC3在低WBD植物中显示出更高的转录（图。GydF4y2Ba4J，KGydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

细胞骨架相关基因和内参基因GydF4y2Ba

共选择6个微管蛋白(TUB)、6个肌动蛋白(ACT)和9个肌球蛋白(MYO)基因作为细胞骨架相关基因。这些细胞骨架相关基因的转录水平显示出有趣的模式。大多数在WBD高的植株中表现出较高水平，而在WBD低的植株中则表现出较高水平(图5)。GydF4y2Ba5A-C.GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

作为参考基因，研究了10个泛素（UBI）和10种组蛋白（HST）（附加文件GydF4y2Ba4 gydF4y2Ba:图S2)。泛素是一种小的(8.5 kDa)蛋白，在真核生物的几乎所有组织中都发现[GydF4y2Ba21.GydF4y2Ba］．最UBI和HST基因的转录本丰度在植物组相似。因此，这十个基因型可能没有与环境压力有关不同的整体生理状况。GydF4y2Ba

转录因素GydF4y2Ba

在模型植物中进行了几种遗传和生化分析GydF4y2BaA. Thaliana.GydF4y2Ba表明涉及各种转录因子在次级细胞壁形成中的涉及（供审查[GydF4y2Ba22.GydF4y2Ba])。在GydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2Ba，已有超过100个成员的NAC次级壁增厚促进因子(NST)和MYB结构域转录因子[GydF4y2Ba23.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba24.GydF4y2Ba］．NAC结构域转录因子，NST1和2，次级壁相关NAC结构域蛋白（SND）1和血管相关NAC结构域（VND）1-7，作为次级细胞壁形成中的主层主开关起到至关重要的作用。辅助层主交换机是MyB46和MyB83。许多myb和knottedGydF4y2Ba拟南芥蒂利亚纳GydF4y2Ba（KNAT）7蛋白作为下游转录因子[GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba22.GydF4y2Ba］．杂种同源基因的转录水平GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba被调查了。在高WBD植物中，几种正交性NST1和SND1基因的转录物水平显着升高，而VND相互作用（VNI）2的水平是VND7的转录阻遏物GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba，低WBD植物较高（图。GydF4y2Ba6GydF4y2Ba）.然而，MyB46还显示出高WBD植物中的转录水平更高（图。GydF4y2Ba6 bGydF4y2Ba）.在下游的转录因子，MYB4-1基因高度转录在高WBD植物，而MYB4-2转录物显著降低（图GydF4y2Ba6摄氏度GydF4y2Ba）.MYB4作用木质素生物合成的阻抑。的其他MYB基因和KNAT7基因转录物水平几乎两组之间是相同的（图GydF4y2Ba6摄氏度GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

bHLH转录因子、生长素/吲哚乙酸(AUX/IAA)、同源结构域(HD)、WRKY和LIM编码基因参与了木材的形成。它们的许多同工基因在发育中的木质部组织中表达，并测量了它们的转录水平(图。GydF4y2Ba6D-H.GydF4y2Ba）.两种BHLH1和5个基因在高WBD植物中表现出显着的阳性表达（图。GydF4y2Ba6 dGydF4y2Ba）.Aux / IAA，HD和Wrky转录因子的表达水平在这两组上看起来几乎相同，尽管存在少数差异，特别是奥克苏/ IAA1基因和HD5基因，其在低WBD植物中表现出显着更高的表达（图。GydF4y2Ba6 e, fGydF4y2Ba）.在WBD含量高的植物中，LIM1-3转录因子基因转录水平较高(图1)。GydF4y2Ba6小时GydF4y2Ba）.GydF4y2Ba

定量RT-PCR来验证转录水平GydF4y2Ba

通过用UBI1和HST1基因测量QRT-PCR作为参考基因的QRT-PCR测量十个基因，CESA2，CESA3，4Cl1，HCT，CSE，F5H，NST1，BHLH1，HD8和LIM1的相对转录水平作为RNA-SEQ的参考基因。与QRT-PCR实验中获得的两个参考基因的这10个基因的相对转录物水平显示出与RNA-SEQ实验获得的那些类似的值（附加文件GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba：图S3）。QRT-PCR实验结果证实了从该研究中获得的RNA-SEQ数据的可靠性。GydF4y2Ba

WBD和木材组成之间的相关性GydF4y2Ba

WBD是对牛皮纸生产的关键特征，因为它影响了特定的木材消费。特别是由于日本纸浆和造纸工业从国外进口木屑（从南半球），具有高WBD的木屑为日本纸浆行业提供了很大的优势。一般来说，缓慢生长树木在植物植物种类中显示出更高的WBD [GydF4y2Ba25.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba26.GydF4y2Ba］．在GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba，有一些调查显示WBD和DBH之间的负相关[GydF4y2Ba27.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba28.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba29.GydF4y2Ba］．但是，一些报告也显示出它们之间的关系[GydF4y2Ba30.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba31.GydF4y2Ba］．在这里，我们调查了WBD和木材体积之间的任何相关性以及具有开放授粉的98个后代植物的木制组合物（α-纤维素，半纤维素和Klason Lignin）GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba植物克隆A. WBD没有显示与木材体积或木材组成的任何相关性（附加文件GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba：图S1）。杨树杂交种群的研究表明了生物量生长的负相关（通常测量为木材体积）和木质素含量[GydF4y2Ba32.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba33.GydF4y2Ba］．GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba本研究中使用的半SIB家族表现出WBD和木质素含量之间的相关性。这可能是由本研究中使用的植物材料引起的，单个半SIB系列，其中分特性等位基因的减数分子重组将产生广泛的分离和对两个特征的主要基因效应的独立分离。GydF4y2Ba

木质纤维素生物合成基因的转录物水平：纤维素，克兰和木质素GydF4y2Ba

我们从2015年4月从开发每棵树的木质组织中收集了RNA样本。4月是巴西阿布拉斯州的雨季。4月份平均每月降雨量为380毫米（GydF4y2Bahttps://weather-and-climate.com/average-monthly-precipitation-Rainfall,Macapa,BrazilGydF4y2Ba）.因此，预计在那里种植桉树的好季节。木质纤维素生物合成相关基因的Xylem转录组分析显示，许多参与纤维素，木聚糖和木质素生物合成的基因在高WBD植物中强烈转录（图。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba和GydF4y2Ba4 gydF4y2Ba）.特别地，参与纤维素生物合成，涉及的纤维素生物合成，UGD和UXS1基因的转录水平，参与克朗生物合成的UGD和UXS1基因，高WBD植物中涉及细胞壁改性的EXP1和XTH 1（图。GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.此外，参与单氯化物生物合成的PAL2和5，C4H1，4CL1，C3'H，CSE，CCR和F5H基因也在高WBD植物的增加（图。GydF4y2Ba4 gydF4y2Ba）.编码细胞壁改性酶Exp和Xth的基因的转录物水平也显示出高WBD植物中较高水平的表达（图。GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba）.有几份关于高WBD组的基因表达比较的报告GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba物种，其杂种和GydF4y2BaPinus Radiata.GydF4y2Ba[GydF4y2Ba2GydF4y2Ba那GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba10.GydF4y2Ba］．在松树中，CESA和SESY基因在高WBD的少年木材中强烈转录，而PRX和XTH在低WBD植物中处于更高的水平[GydF4y2Ba10.GydF4y2Ba］．在GydF4y2BaE.GloBular.GydF4y2Ba与wbd对照，分析PAL、CAD、4CL和F5H基因的表达情况。在两组中，CAD、PAL和4CL的转录本丰度相似，只有F5H在组间存在显著差异[GydF4y2Ba9.GydF4y2Ba］．高WBD植物中F5H基因的高分转录物水平可具有潜力来引入高注射器/胍基比，但我们没有测量它。通过RNA-SEQ分析在杂种中的472基因的RNA-SEQ分析报道了涉及木质纤维素生物合成中所涉及的基因的转录物水平的显着差异GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba染色WBD [GydF4y2Ba2GydF4y2Ba］．我们的结果清楚地表明，与低WBD植物中的那些相比，在高WBD植物中观察到的厚二次植物和木质纤维素生物合成相关基因的转录水平之间的相关性。GydF4y2Ba

细胞骨架相关基因GydF4y2Ba

属于细胞骨架的几个基因的转录水平，TUB，ACT和MYO在植物组进行了调查全转录水平的评价（图GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba）.大多数成绩单水平的浴缸，动作和MyO基因在高WBD植物中显着或相对较高的转录水平（图。GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba）.细胞骨架为植物细胞提供内部支持[GydF4y2Ba34.GydF4y2Ba］．浴缸蛋白是微管的组分。Act是植物细胞骨架的主要组成部分。MyO蛋白质是使用储存在ATP中的化学能量并将其转换成机械位移的分子电机。实际上，包括微管和肌动蛋白丝的细胞骨架可以以几种方式调节细胞壁沉积。在一种方式中，皮质微管状定义CESA复合物的插入位点，并在生长植物细胞中的纤维素合成期间引导这些配合物的方向[GydF4y2Ba35.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba36.GydF4y2Ba］．由于纤维素主要有助于细胞壁强度，微管阵列的取向基本上给予电池壁的各向异性。因此，纤维素和微管率垂直于它们的净取向提供细胞生长。在我们的研究中，大多数CESA基因以及其他细胞骨架相关基因的转录水平，例如桶，ACT和MyO，高WBD植物较高。这些结果表明细胞骨架形成可以与植物细胞壁形成，特别是纤维素生物合成相关。GydF4y2Ba

转录因素GydF4y2Ba

在木形成期间沉积二次细胞壁需要参与二次细胞壁生物合成中的基因的协调表达，其由血管植物中保守的二次细胞壁转录网络调节[GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba］．在该转录网络中，二次电池壁NAC转录因子是第一层主开关，可以打开整个次级电池壁形成。在GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba，十个NAC结构域转录因子，NST1＆2，SND1和VND1-7调节二次电池壁生物合成[GydF4y2Ba22.GydF4y2Ba］．在GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba，一份分析了NAC结构域转录因子的结构、进化和功能方面的报告[GydF4y2Ba23.GydF4y2Ba］．在我们的研究中，在高WBD植物中强烈转录的三种NAC基因，NST1，SND1和VND2和NST1和SND1基因的转录水平较高，如图2所示。GydF4y2Ba6GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

MYB46以及MYB83充当第二层主开关调节次生细胞壁生物合成GydF4y2Ba37.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba38.GydF4y2Ba］．MyB46和MyB83在血管和纤维中表达，MyB46和MyB83同时突变的表型是血管和纤维中的二次细胞壁增厚的损失[GydF4y2Ba38.GydF4y2Ba］．类似于第一层主开关，NST1和SND1能够诱导纤维素，Xylan和木质素生物合成基因的转录[GydF4y2Ba37.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba38.GydF4y2Ba］．结构和功能分析GydF4y2BaE. Grandis.GydF4y2Ba据报道，MYB转录因子[GydF4y2Ba24.GydF4y2Ba］．在我们的研究中，高WBD植物中MyB46的转录物水平高（图。GydF4y2Ba6 bGydF4y2Ba）.这些结果表明，草本植物之间可能存在相同的次生细胞壁形成机制GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba木本植物GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

一些下游转录因子，GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2BaSND2，SND3，木质部NAC域（XND）1，MYB4，MYB7，MYB20，MYB42，MYB43 MYB52，MYB85，MYB103和KNAT7已被证明在调节次生细胞壁生物合成中发挥重要作用GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba］．这些转录因子作为二级细胞壁生物合成或木质素特异性生物合成的活化剂或阻遏物。GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2BaMYB4和MYB7基因是木质素生物合成的可能负调节[GydF4y2Ba17.GydF4y2Ba］．这里，GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba原始基因MyB4-1和MyB4-2用相反的图案转录（图。GydF4y2Ba6摄氏度GydF4y2Ba）.因此，对这些下游调节因子中的每一个都有可能具有不同的作用GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba监管机构。关于其他转录因子，例如BHLH，Aux / IAA，HD和林氏家族蛋白，几种基因在高WBD植物中表现出显着的转录物水平（图。GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba）.LIM结构域转录因子被筛选为木质素生物合成特异性调节因子，结合到富含ac的区域[GydF4y2Ba39.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba40GydF4y2Ba］．转基因GydF4y2Ba赤桉GydF4y2Ba木质植物具有反义肢，下调的几个基因的转录水平，如GydF4y2Ba朋友GydF4y2BaCGydF4y2Ba4h.GydF4y2Ba和GydF4y2Ba4CL.GydF4y2Ba苯基丙素生物合成途径[GydF4y2Ba41.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba42.GydF4y2Ba那GydF4y2Ba43.GydF4y2Ba］．将需要包括遗传或生物化学方法的功能分析来解密这些基因的精确生理作用。GydF4y2Ba

在这里，在10个杂交种中参与木质纤维素生物合成的许多基因的转录水平与WBD之间可能的相关性GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba研究了WBD值差异较大的F2代植株。通过RNA水平的比较和表型分析，我们发现木质纤维素生物合成相关基因可能与WBD有关。我们之前的研究表明杂交GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba木质素含量高的树木只在木质素生物合成中表现出较高的转录水平[GydF4y2Ba13.GydF4y2Ba］．这些结果表明，高WBD的树木具有较高的木质纤维素和木质纤维素生物合成相关基因的转录水平。哪些基因控制高WBD一直是研究的重点。一种可能的解释是GydF4y2Ba拟南芥GydF4y2Ba第一层NAC结构域转录因子的正交基因可以调节高WBD的木材形成。GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba种植园和养殖公司对选择优质树木具有较高的增长率，WBD和牛皮纸产量。通过指示木质纤维素生物合成相关基因的更高转录性丰富，可以提供更高WBD的有用选择标记。然而，仍然存在一个基因作为触发器调节高WBD的问题。最后，该研究提供了通过监测几种木质纤维素生物合成相关基因的转录水平来选择精英候选树的数据集。GydF4y2Ba

利用杂交材料研究了WBD与木材体积和木材性能的相关性GydF4y2Ba桉树GydF4y2Ba后代植株的母亲树有587千克/平方米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba在3.7岁的WBD。WBD和木材体积或木材，α-纤维素，半纤维素和Klason木质素含量之间没有相关性。转录组分析来自两组的五种植物，高 - （570-609千克/米GydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba）或低WBD（378-409 kg / mGydF4y2Ba^3.GydF4y2Ba）组由RNA-SEQ进行。我们将木质纤维素生物合成在具有对比的WBD含量的植物中的转录谱。木质纤维素生物合成相关基因，如CESA，INV，C4H和CCR在高WBD组中显示出更高的转录水平。有趣的是，在高WBD植物中也观察到杂膜，动作和肌肌的几种细胞骨架基因的强型转录水平。此外，我们还发现了在高WBD植物中编码NAC，MYB，BHLH，HD和LIM转录因子的基因升高的转录水平。所有这些结果表明，高WBD可能是木质纤维素基因转录的结果。GydF4y2Ba

4CL：GydF4y2Ba

4-香豆素 - COA连接酶GydF4y2Ba

行为：GydF4y2Ba

肌动蛋白GydF4y2Ba

AUX / IAA：GydF4y2Ba

养羊酸/吲哚酸GydF4y2Ba

bhlh：GydF4y2Ba

基本螺旋循环螺旋GydF4y2Ba

C3'H:GydF4y2Ba

P.GydF4y2Ba-coumaroyl-coa 3'-羟化酶GydF4y2Ba

C4H:GydF4y2Ba

Cinnamate-4-hydroxylaseGydF4y2Ba

计算机辅助设计:GydF4y2Ba

肉桂醇脱氢酶GydF4y2Ba

义-CCoAOMT：GydF4y2Ba

Caffeoyl-CoA 3-GydF4y2BaO.GydF4y2Ba- 甲基转移酶GydF4y2Ba

CCR：GydF4y2Ba

肉桂 - CoA还原酶GydF4y2Ba

CESA：GydF4y2Ba

纤维素合成酶GydF4y2Ba

COMT：GydF4y2Ba

咖啡酸/ 5-羟基酸3/5GydF4y2BaO.GydF4y2Ba- 甲基转移酶GydF4y2Ba

CSE:GydF4y2Ba

Caffeoyl shikimate酯酶GydF4y2Ba

DBH：GydF4y2Ba

胸径GydF4y2Ba

F5H：GydF4y2Ba

发射5-羟基化酶GydF4y2Ba

gatl：GydF4y2Ba

半乳糖糖基转移酶样GydF4y2Ba

HCT：GydF4y2Ba

羟基肉桂酰辅酶A莽草酸/奎尼羟基肉桂转移GydF4y2Ba

高清:GydF4y2Ba

homodomainGydF4y2Ba

十六进制：GydF4y2Ba

己糖激酶GydF4y2Ba

HST：GydF4y2Ba

组蛋白GydF4y2Ba

发票:GydF4y2Ba

逆变酶GydF4y2Ba

IRX：GydF4y2Ba

不规则的木质部GydF4y2Ba

KNAT：GydF4y2Ba

knGydF4y2Ba拟南芥蒂利亚纳GydF4y2Ba

LAC：GydF4y2Ba

漆粉GydF4y2Ba

LIM：GydF4y2Ba

Lin-11，ISL-1，MEC-3样GydF4y2Ba

MYB:GydF4y2Ba

成髓细胞白血病GydF4y2Ba

迈大：GydF4y2Ba

肌球蛋白GydF4y2Ba

NAC：GydF4y2Ba

NAM，ATAF和CUCGydF4y2Ba

近红外光谱:GydF4y2Ba

近红外GydF4y2Ba

望远镜:GydF4y2Ba

NAC二级壁增厚促进因子GydF4y2Ba

朋友：GydF4y2Ba

苯丙氨酸铵裂解酶GydF4y2Ba

PGM：GydF4y2Ba

葡萄糖磷酸GydF4y2Ba

PRX：GydF4y2Ba

过氧化物酶GydF4y2Ba

QTL:GydF4y2Ba

数量性状位点GydF4y2Ba

rpkm：GydF4y2Ba

读取每千碱基的外显子每百万片段GydF4y2Ba

SND：GydF4y2Ba

二次壁相关NAC结构域蛋白GydF4y2Ba

SSR：GydF4y2Ba

简单的序列重复GydF4y2Ba

Susy：GydF4y2Ba

蔗糖合酶GydF4y2Ba

TF：GydF4y2Ba

转录因子GydF4y2Ba

浴缸：GydF4y2Ba

管蛋白GydF4y2Ba

UBI：GydF4y2Ba

泛素GydF4y2Ba

UGD:GydF4y2Ba

UDP-葡萄糖脱氢酶GydF4y2Ba

UGP：GydF4y2Ba

UDP-葡萄糖聚磷酸化酶GydF4y2Ba

UXS：GydF4y2Ba

UDP-木糖合成酶GydF4y2Ba

盾:GydF4y2Ba

血管相关的NAC结构域GydF4y2Ba

VNI：GydF4y2Ba

vnd互动GydF4y2Ba

XND：GydF4y2Ba

Xylem NAC领域GydF4y2Ba

xth：GydF4y2Ba

Xyloglucan内胰糖基酶/水解酶GydF4y2Ba

我们感谢Antonio Rocha和Kenichiro Suyama收集的木材样本，以及Eiji Iwata、Reiji Kaneko和Shinichi Onogi在近红外分析方面的技术帮助。GydF4y2Ba

资金GydF4y2Ba

该研究得到了新的能源和工业技术开发组织和日本造纸业的支持。资金机构没有参与数据的设计和收集，分析和对数据的解释以及写作稿件。GydF4y2Ba

可用性数据和材料GydF4y2Ba

本研究中使用和分析的数据集和资料均可根据要求从通讯作者处获得。GydF4y2Ba

隶属关系GydF4y2Ba

1. 日本造纸工业株式会社农业生物技术研究实验室，日本东京北区御二5-21-1,114-0002GydF4y2Ba

   Katsuhiko Nakahama，Nobuaki Urata，Tomotaka Shinya，Kazuya Nanto＆Akiyoshi KawaokaGydF4y2Ba

2. 森林研究师，AmapáForlestale Celulose S.A，Rua Claudio Lucio Menteiro，S / N，Santana，Amapa，巴西68925-000GydF4y2Ba

   Tomotaka Shinya，Kazunori Hayashi＆Antonio C. RosaGydF4y2Ba

3. 您的地址：秋田 - 何Jujo Chemicals Co.，Ltd。，1-1 Araya-Torikimachi，Akita，010-1633，日本GydF4y2Ba

   Akiyoshi KawaokaGydF4y2Ba

贡献GydF4y2Ba

对应于Katsuhiko Nakahama的KN1进行了实验并分析了数据，并起草了稿件。NU和TS分析RNA-SEQ数据。KH和KN2对应的Kazuya Nanto致力于选择和收集样品，并分析木质性质。ACR分析木材属性数据。AK构思了这个想法，设计了这项研究，并帮助解释了结果并完成了稿件。所有作者阅读并认可的终稿。GydF4y2Ba

通讯作者GydF4y2Ba

对应于GydF4y2BaAkiyoshi KawaokaGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

伦理批准和同意参与GydF4y2Ba

本研究中的植物材料在获得AMAPÁFlorestal e Cellulose S.A的许可后使用。这项工作中开展的植物的实验研究符合机构，国家和国际指南。GydF4y2Ba

出版的同意GydF4y2Ba

不适用。GydF4y2Ba

利益争夺GydF4y2Ba

提交人声明他们没有竞争利益。作者报告了本文讨论的任何产品的所有产品或商业利益。GydF4y2Ba

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