维管系统能够运输水分和营养物质,是植物的重要结构。植物茎维管系统由具有分裂和分化活性的形成层、由形成层向内分化产生的木质部和向外分化产生的韧皮部组成,其生长发育受到多种因素的严密调控。表观修饰是一种不改变DNA序列,却使得基因表达发生变化的方式,已被报道参与植物多个生物学过程。而组蛋白修饰是表观修饰中非常重要的一类,其中发生在组蛋白H3上第9个赖氨酸的H3K9甲基化能与DNA甲基化相互协同以调控基因表达,但是其是否参与对植物茎维管系统的调控目前尚不清楚。因此,本文探究组蛋白甲基化在植物茎维管系统发育中的功能,将有助与认识维管发育的表观调控机制。在拟南芥中,已经证实Jmj C家族基因主要负责组蛋白去甲基化活性,但对它们是否参与植物茎维管系统的调控仍不清楚。本文在杨树基因组中鉴定出一个JHDM2亚家族组的蛋白去甲基化酶PtrJMJ11,为了探究该因子是否参与茎维管系统发育的调控,展开研究且具体结果如下:1.通过对野生型杨树茎连续不同节间的材料进行转录组测序分析发现,在杨树Jmj C家族的26个成员中,相比于其他基因,PtrJMJ11在不同节间都具有较高水平的表达,暗示该基因可能直接参与杨树茎维管系统生长发育的调控。2.通过组织表达特异性分析和原位杂交实验分析发现,在杨树的茎中PtrJMJ11特异在韧皮部细胞中表达。3.体外的酶活性验证,发现PtrJMJ11具有组蛋白H3K9me1和H3K9me2的去甲基化活性。在植物细胞内,PtrJMJ11的表达特异的降低了细胞核内H3K9me2和H3K9me1的修饰水平,与体外实验结果一致。4.通过CRISPR/Cas9技术特异敲出杨树内源PtrJMJ11基因,获得了ptrjmj11的突变体。利用组织切片观察和扫描电子显微镜发现,该突变体中形成层细胞的分裂和分化活性都出现了降低,韧皮部分化活性同时降低。而在过表达植株中出现相反的表型。5.分别取野生型、突变体和过表达植株茎的第8节间进行转录组测序。通过Gotology（GO）分析发现,表达差异的基因大多具有催化和结合活性。利用荧光定量分析发现,和形成层分裂分化相关的基因在ptrjmj11和过表达植株中也出现了相应的变化趋势。其中,杨树中CLAVATA3/Embryo Surrounding Region-related（CLE）家族的基因Ptr CLE41a/b的表达水平受到PtrJMJ11调控。6.利用原位杂交实验分析发现Ptr CLE41a/b在杨树的茎中特异的在韧皮部表达。蛋白质序列比对分析发现,其编码的产物与拟南芥CLE41一致,是一个12氨基酸的短肽TRACHEARY ELEMENT DIFFERENTIATION INHIBITORY FACTOR（TDIF）。通过TDIF的外施处理ptrjmj11突变体植株,发现其能够回复PtrJMJ11缺失引起的形成层细胞活性缺陷。7.通过染色质免疫共沉淀（ChIP）技术,发现PtrJMJ11能够直接结合Ptr CLE41a/b基因的开放阅读框区域,并降低该基因上组蛋白H3K9me1和H3K9me2的水平。而作为阴性对照的Ptr CLE41c,其组蛋白H3K9me2/1的水平都没有出现明显的变化。综上所述,在杨树茎的发育过程中,组蛋白去甲基化酶PtrJMJ11在韧皮部特异表达,直接结合Ptr CLE41a/b基因的染色质并去除其H3K9位点的甲基,从而释放后者的表达并促进维管形成层细胞的活性。本研究有助于阐明维管系统发育中表观修饰的调控作用和机制,为解析和遗传操纵林木木材的发育提供新思路。