為從根本上治理楊、柳飛絮污染，克服楊樹和柳樹產業發展的瓶頸問題提供了創新解決方案。

一、項目分類

關鍵核心技術突破

二、成果簡介

（1）闡明了楊樹和柳樹的遺傳分化機制，建立了楊柳科植物大遺傳系統研究平臺，創建了木本植物遺傳研究的新模式體系。本項目首次在基因組水平明確了楊屬和柳屬兩個姊妹屬的進化關系，比較基因組學結果表明：楊柳科植物的共同祖先經過二倍化形成了楊樹，楊樹的兩條染色體發生了斷裂與重新融合，染色體重新融合的結果導致柳樹的產生。以前楊樹和柳樹是作為獨立的體系進行遺傳研究的，由于兩者基因組有高度的相似性，本項目建立了將兩者作為一個大遺傳系統進行研究的分子平臺。

（2）闡明了楊樹和柳樹的性別決定系統以及楊柳科植物性染色體演化的分子機制。發現楊樹性別決定基因定位在19 號染色體近端粒區域，為XY 性別決定系統；而柳樹性別決定基因均定位在15 號染色體的著絲粒附近，為ZW 性別決定系統。楊柳科植物雖然起源于同一個古四倍體祖先，但這兩個姊妹屬的性染色體分別由兩條不同的常染色體進化而來，并且常染色體向性染色體的轉變發生在楊樹和柳樹物種分化之后，性染色體在這兩個姊妹屬中獨立起源和進化，分別演化形成XY 和ZW 兩種完全不同的性別決定系統。

（3）發現了飛絮發生發育過程，揭示了楊樹性別決定基因及其作用機制。發現美洲黑楊性別決定區的2 個Y染色體特有的基因FERR-R 和MSL。FERR-R 基因具有抑制雌蕊發育的功能，該基因是由一個在雌花發育早期特異表達的促雌基因（FERR）復制產生。楊樹雄株中，FERR-R 基因通過產生small RNA 對FERR 基因的啟動子進行甲基化，同時降解FERR 基因的轉錄產物，在楊樹雄株中關閉了FERR 基因的表達，從而導致雄株中雌蕊不發育；而雌株中沒有FERR-R 基因，FERR 基因表達不受抑制，雌蕊可以正常發育。MSL 基因轉錄產生長片段非編碼RNA，具有促進雄蕊發育的功能。楊樹雄株由于存在MmS 促雄基因，所以雄花原基發育，但雌株中沒有MmS 促雄基因，所以雄花原基不發育。

（4）建立了楊樹和柳樹的性別早期鑒定和標記輔助選擇育種技術體系。選育雄株品種在生產上進行推廣，可以有效的解決楊、柳飛絮問題，因此苗木性別的早期鑒定至關重要。然而苗木性別的早期鑒定一直存在可靠性低、誤檢率高等問題。本項目利用楊樹Y 染色體特異序列和柳樹W 染色體特異序列開發了用于楊、柳性別鑒定的特異分子標記，分別在美洲黑楊、山楊和簸箕柳苗木性別的早期鑒定工作中實現100%準確率。楊、柳性別早期鑒定技術在“國家林草局南方林木種子檢驗中心”開展的楊、柳種苗抽檢工作中得到應用。

本項目取得的原始創新性研究成果，不僅使我國在相關研究領域處于國際領跑地位。通過解決技術瓶頸背后的核心科學問題，促使基礎研究成果走向應用，為從根本上治理楊、柳飛絮污染，克服楊樹和柳樹產業發展的瓶頸問題提供了創新解決方案，為通過科技創新服務生態文明和美麗中國建設提供了典型案例，將帶來巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。