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高温是一种重要的物理诱变剂，已成功应用于诱导毛新杨、银白杨、银灰杨、银腺杨、响叶杨、小青杨、杜仲等木本植物的花粉染色体加倍研究，确定了高温诱导2n花粉的有效时期为终变期附近，且获得高达了50.0-80.0%的高频率2n花粉。然而，高温处理诱导木本植物产生2n花粉的机制至今仍不十分清楚。
近日，北京林业大学张平冬教授团队在Plant Physiology在线发表了题为“Heat shock-induced failure of meiosis I to meiosis II transition leads to 2n pollen formation in a woody plant”的研究论文，揭示了高温处理诱导银灰杨产生2n花粉的细胞及分子机制，对于丰富林木多倍体育种理论，推动林木多倍体育种技术的发展具有重要的理论意义和实践价值。
该研究利用38℃高温，对处于减数分裂双线期的银灰杨花粉母细胞进行3h、6h持续处理，获得了高达56.3%的2n花粉。利用获得的2n花粉与银白杨单倍性雌配子杂交，共获得42株三倍体。三倍体子代遗传组成的SSR分子标记研究结果证实，在42株三倍体子代中，38株来源于SDR型2n花粉，4株来源于FDR型2n花粉。进一步利用高通量测序技术对高温处理后的银灰杨雄花芽进行表达谱分析，鉴定出与细胞周期相关的差异表达基因22个。其中，银灰杨花粉母细胞细胞周期蛋白A基因POPTR_0002S08020g（PtCYCA1; 2）的显著下调表达，可引起花粉母细胞从第一次减数分裂过渡至第二次减数分裂时发生失败，致使四分体时期产生大量的二分体，形成SDR型2n花粉。
综上所述，该研究揭示了高温处理诱导银灰杨树产生2n花粉的细胞及分子机制，丰富了林木多倍体育种基础理论，亦为木本植物2n花粉形成机制的解析提供了新见解。
北京林业大学林木遗传育种学科博士研究生周晴为论文的第一作者，张平冬教授为通讯作者。硕士研究程雪桐、孔博、赵一帆、李智群；博士研究生桑亚茹、吴剑参与了该项研究工作。本研究得到国家自然科学基金项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac219
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