林业所在落叶松种子形成和萌发研究方面取得新进展

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文章导读

落叶松育种迎来关键突破！林业所最新研究发现：特定基因LkTOE1-2竟能同时操控种子形成与萌发全过程。实验显示，该基因在幼苗期高度活跃，随树龄增长神奇下降，更在低温浸水环境下强烈激活。当科学家将其植入拟南芥时，种子萌发速度显著提升！更令人振奋的是，研究团队成功开发出基因可视化工具——只需观察颜色变化，就能实时追踪转基因效果。这项发现不仅解开了树木阶段转变的核心密码，更为培育速生优质落叶松提供了精准高效的育种利器，有望彻底改变传统林木育种耗时长、效率低的困局。

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林业所在落叶松种子形成和萌发研究方面取得新进展

图1 落叶松幼苗和种胚中LkTOE1-2表达较高

林业所在落叶松种子形成和萌发研究方面取得新进展

图2 落叶松体胚形成和萌发过程中LkTOE1-2表达升高

为缩短树木营养期、培育早结实个体，落叶松阶段转变研究已持续开展多年。这些研究多次捕捉到AP2同源基因的信息。拟南芥中，AP2是阶段转变调控模块miR156-SPL-miR172-AP2的核心成员。近日，林业所研究团队以AP2类基因家族分析为切入点，在落叶松阶段转变研究中取得了新进展。

该研究在日本落叶松基因组中鉴定出AP2/ERF超家族成员374个，其中8个属于AP2亚家族，4个（LkTOE1-1/2/3/4）具有miR172结合位点，2个（LkTOE1-2/3）在活动期与休眠期均随树龄增加而表达下降。团队以LkTOE1-2为研究对象，发现其在落叶松种子萌发过程中被低温和浸水处理诱导，并在幼苗期高表达，之后随树龄增加而表达下降。转基因实验证明LkTOE1-2过表达可促进拟南芥种子萌发。此外，研究发现LkTOE1-2在落叶松种胚和体胚形成过程中表达升高，利用RUBY报告系统也观察到其启动子活性在体胚形成和萌发阶段增强。

该研究证实部分AP2类基因随年龄增加而表达降低的模式在落叶松中与拟南芥中相似，并明确了LkTOE1-2参与种子形成和萌发的功能；其表达特性表明LkTOE1-2启动子在落叶松转基因中具有应用价值。利用proTOE1-2::RUBY为骨架的载体可在实验室操作阶段和种子生产阶段实现转基因可视化，为落叶松生物育种提供了新的工具。

相关成果以“The age-related expression patterns ofLarix kaempferiAP2subfamily genes and functional dissection ofLkTOE1-2in seed formation and germination”为题，于2025年11月19日在线发表于《Forestry Research》（https://doi.org/10.48130/forres-0025-0028）。林业所博士研究生叶查龙和已毕业硕士研究生李湘漪为该论文共同第一作者，孙晓梅研究员和李万峰研究员为共同通讯作者。该研究得到了生物育种课题（2022ZD0401602）和国家自然基金面上项目（32271904）的资助。