桉树是世界上广泛种植的硬木树种之一，具有速生、材质优良、适应性广等特点，是我国华南地区第一大造林树种，对于天然林保护、国家木材安全和森林碳汇增加等方面具有重要作用。因此解析其生长发育和响应胁迫的分子机制非常重要。但其响应胁迫和生长发育的转录后调控机制尚未知晓。

近日，热林所联合浙江农林大学、中国农科院生物技术所、中国农科院作物所、加拿大多伦多大学等高校和研究所系统开展了桉树生长发育和响应胁迫的转录组和可变剪接（alternative splicing）分析研究。该研究以巨桉GL1为材料，对不同组织、发育阶段和胁迫处理的201个样品（67×3）开展了全面的基因表达谱和可变剪接分析，共获得超过1800 Gb的数据，经过组装、注释，共发现2046个新基因，14195个新转录本。研究发现10416个基因存在可变剪接事件，约占桉树总基因的33.49%，通过RT-PCR对预测可变剪接的基因进行了进一步验证。研究提供了高质量的桉树不同组织和发育以及胁迫响应的表达谱和可变剪接数据，为研究人员提供了便捷的交互式可视化查询数据库网站（https://bar.utoronto.ca/eplant_eucalyptus），完善和丰富了桉树基因组信息，为定向培育高产、优质的桉树栽培品种提供完善的数据支撑和科学依据。

研究同时对巨桉组织特异性表达、次生生长、不定根诱导、生理年龄、响应胁迫和磷、硼营养缺乏等大量差异表达基因和差异可变剪接事件进行分析，筛选出大量关键基因，发现关键转录因子和调控基因发生差异可变剪接。在此过程中发现桉树随野外生长时间增加，可变剪接事件也明显增加，说明可变剪接事件是木本植物长期野外适应中应对环境变化的一个重要机制。剪接因子SR在桉树响应胁迫和营养缺乏中起着关键的作用。

研究采用WGCNA等对基因可变剪接事件和基因表达模式进行共表达分析，发现关键调控基因可以通过差异AS事件作为多层级调控的上游调控生长发育、响应胁迫等多个生物学过程。在此基础上，重点对木质素合成通路进行解析，发现KNAT3 和IRL3两个关键基因通过可变剪接在上游调控木质素合成的关键转录因子进一步参与桉树木质素的形成。这些研究对于揭开桉树木材形成的遗传控制机制和木本植物野外长期适应性机制提供了新的线索和途径。

相关成果以“Profiling of the gene expression and alternative splicing landscapes of Eucalyptus grandis”为题发表在植物学一区TOP期刊《Plant Cell and Environment》。热林所副研究员范春节、天津农科院吕明杰博士为论文第一作者，浙江农林大学张进教授、中国农科院生物技术所王欢研究员为通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划课题（2021YFD2200102、2021YFD2200700）、中国林科院院基金（CAFYBB2020ZB004）、浙江省农业（林木）新品种选育重大科技专项（2021C02070-1）等项目资助。（文/图：范春节）