杨树（Populus）在木材加工、碳汇造林、制浆造纸和生物燃料等方面发挥着重要作用。杨树作为一种生长速度较快树种，次生生长旺盛、木材发育迅速、生长周期普遍较长，往往导致杨树人工林立地衰退和氮营养匮乏，成为制约杨树人工林生产力可持续发展的主要因素。研究氮素对不同基因型杨树生长和发育的影响模式和机制，选育氮利用效率高的优良杨树品种具有重要意义。杨树稳定的氮利用高效或耐低氮主效QTL鉴定和优异等位基因挖掘工作缺少深入系统的研究，鉴定相关QTL并且揭示其调控机理也有助于从基因工程途径进行杨树遗传改良，从而提高氮利用率，增加木材产量。
中国林业科学研究院林木遗传育种全国重点实验室林木基因组定向选择育种研究组以丹红杨（美洲黑杨）、通辽1号杨（小叶杨）和其F1代群体为材料，在田间进行了高氮（施氮肥）和低氮（不施肥）处理，对杂交双亲和子代群体的地径、株高、茎生物量和氮响应指数测定与计算，利用高密度遗传图谱开展QTL定位。筛选2个杂交父母本和8个杂交后代，测定和分析了发育木质部的转录组以及树皮和木质部中的碳氮相关的代谢物（总碳、总氮、纤维素、半纤维素、木质素和15种水解氨基酸）。最终通过QTL和转录组联合分析鉴定了氮转运、氨基酸和碳代谢相关的转录因子和候选基因。研究工作对杨树氮利用效率相关的QTLs和生物量积累之间的联系机制提供了新的见解。
相关研究结果以题为“Revealing the relationship between nitrogen use efficiency-related QTLs and carbon and nitrogen metabolism regulation in poplar”在线发表于Global Change Biology Bioenergy，中国林业科学研究院林业所博士研究生杜常健为第一作者，张磊助理研究员和胡建军研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD2200201）和国家自然科学基金（32071797）的资助。
图1 F1群体的氮利用效率相关性状QTL定位
图2 共表达网络分析鉴定氮利用效率相关候选基因