林木作为森林资源的重要组成部分，因其漫长的生长周期、庞大的基因组以及复杂的基因调控网络，导致种质资源创制和基因功能研究进展缓慢。虽然单倍体育种技术能够有效缩短育种周期并加速新品种的培育进程，但目前这项技术主要应用于水稻、小麦等农作物，林木中较少应用。实验室前期通过花粉诱导，成功获得300个小黑杨（Populus simonii×P. nigra）双单倍体株系（Double haploid，DH）。小黑杨双单倍体株系拥有完全纯合的染色体组，极大地简化了基因组的复杂性，减少了基因间的相互干扰，使得解析特定基因或基因网络的功能变得更加直接有效。然而关键的科学问题是：这些DH株系如何影响小黑杨的生长发育过程？哪些基因表达模式及其调控机制对这种影响起到了决定性作用？因此本研究旨在通过量化分析双单倍体小黑杨植株的表型特征，结合转录组学与转基因技术，探索并验证控制其生长发育的关键分子机制。主要结果如下：　　（1）选取小黑杨双单倍体DH1588、DH1717、DH1716和DH1207共4个株系与小黑杨父本进行生长性状比较。通过形态学和组织学的观察与统计发现，与小黑杨父本相比所有双单倍体株系的株高降低，地径变细，叶片面积减小，叶片长宽比增加，茎尖内部的顶端分生组织发生形变且初生分生组织细胞面积增大，部分株系植株茎尖由绿色变为棕红色。综上所述，小黑杨双单倍体与二倍体父本间存在巨大的表型差异。　　（2）利用转录组测序技术，筛选双单倍体植株茎尖与父本植株茎尖中的差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）。分析发现，与小黑杨父本相比，在 4 个双单倍体株系中同时存在差异表达的基因共有1059个，其中包括功能基因995个，转录因子（TFs） 64个。为揭示这些DEGs在植物发育中的具体作用，对1059个DEGs进行GO富集与KEGG分析。差异表达基因共富集到 85 个生物过程，包括“次生代谢物生物合成过程”、“细胞死亡调控”、“叶片衰老”、“植物器官发育”等。同时进行 KEGG 分析，富集前 3 位的通路分别是“次生代谢物生物合成”、“植物激素信号转导”和“植物-病原体相互作用”。因此，这些基因的差异表达共同导致双单倍体植株的生长表型出现显著差异。　　（3）在此基础上，筛选出在 DH 植株中高表达且在茎尖中表达量最高的转录因子PsnSCL23，并对其基因表达模式、基因功能进行进一步研究。首先，利用农杆菌介导法创制 PsnSCL23 启动子驱动 GUS 基因的 84K 转基因株系，用于组织特异性表达分析。利用GUS 染色确定基因在植株根、茎、叶、芽中均有表达。RT-qPCR 结果表明基因在茎尖中表达量最高。亚细胞定位实验结果表明，PsnSCL23-GFP 融合蛋白定位于细胞核内，符合转录因子特性。为验证基因功能，创制了PsnSCL23过表达和RNAi干扰转基因植株。表型观察发现，2 月龄 PsnSCL23 过表达植株具有株高变矮，茎节数减少，叶片面积变小等与双单倍体植株相同的植株表型。同时通过石蜡切片观察到一系列与细胞分裂与次生生长相关的重要变化：过表达植株顶端分生组织面积减小，初生分生组织细胞面积明显增加；叶脉变细且木质部细胞层数显著减少；茎部形成层细胞层数减少，木质部厚度与细胞层数显著减少，髓面积减小。同时木质部细胞壁厚度显著变薄，木质素、纤维素和半纤维素含量显著降低。　　（4）为研究PsnSCL23 的分子机制，利用酵母双杂交技术（Y2H），筛选PsnSCL23 的互作蛋白。随后，将筛选获得的互作蛋白对应的基因与前期在双单倍体植株中鉴定出的差异表达基因进行整合分析。通过交叉比对发现， PsnWRKY18 与 PsnTAG1 不仅能够与PsnSCL23 发生相互作用，同时也在双单倍体植株茎尖的转录组数据中表现出显著的表达差异。这两个基因具有明确的生物学功能背景或参与关键生理过程，提示它们可能在植物生长发育调控中发挥重要作用。鉴于其在蛋白互作和基因表达层面的双重证据，以及潜在的功能关联性，我们最终选择PsnWRKY18与PsnTAG1作为候选基因。随后利用双分子荧光互补实验（Bimolecular Fluorescence Complementation，BiFC）和荧光素酶互补实验（Luciferase Complementation Assay，LCA）进一步证明这些互作基因能够在体内发生相互作用。　　（5）通过定量验证发现与 PsnTGA1 相比，PsnWRKY18 基因在双单倍体植株中表现出更高的表达水平。为进一步探究PsnSCL23与PsnWRKY18 之间的相互作用如何调控植株的生长发育，我们开展了相关研究。利用遗传转化方法创制 PsnWRKY18 启动子的过表达植株，确定基因PsnWRKY18 在植株根、茎、叶、芽中均有表达，并调控植株生长发育。亚细胞定位结果表明，蛋白产物定位于细胞核内，符合转录因子特性。创制 PsnWRKY18 的过表达和RNAi 干扰转基因植株明确其基因功能。表型观察发现，过表达植株株高、地径和茎节数均显著减少，叶片面积变小。观察统计发现，过表达植株顶端分生组织面积减小，初生分生组织细胞面积明显增加；叶脉变细，木质部细胞层数减少；茎部形成层细胞层数减少，导致木质部厚度与细胞层数显著减少，髓面积减小。同时，木质部细胞壁厚度显著变薄，木质素含量显著降低。　　（6）综上所述，PsnWRKY18基因的转基因植株表型与PsnSCL23基因的转基因植株表型基本一致，两者均对植株茎尖发育产生显著影响。鉴于先前的研究表明，在拟南芥中SCL23与WUS基因之间存在调控关系，且WUS作为调控顶端分生组织发育及维持干细胞稳态的关键基因，因此推测在杨树中，PsnSCL23-PsnWRKY18通过调控PsnWUS的表达来影响茎尖发育。为了验证这一假设，实验利用酵母单杂交实验结合RT-qPCR与LUC实验，共同验证了PsnSCL23与PsnWRKY18对PsnWUS的正向调控作用，促进PsnWUS表达。　　本研究揭示了PsnSCL23与PsnWRKY18互作，共同调控PsnWUS基因表达，从而调节杨树植株顶端分生组织的发育，调节形成层层数，并对木质部和髓的形成产生影响，最终导致木材组分改变。这一系列遗传调控导致DH植株生长表型的显著变化。尽管这些转录因子（PsnSCL23、PsnWRKY18 及 PsnWUS）在拟南芥等模式植物中被广泛研究，但它们在杨树中的功能及其对木材发育的影响尚未完全明确。本研究不仅证实了这些基因在杨树中的保守功能，更进一步发现它们在杨树侧生形成层发育过程中的关键作用。通过解析PsnSCL23与PsnWRKY18及PsnWUS之间的调控关系，本研究不仅深化了对调控杨树生长发育分子机制的理解，还为优化木材品质及提升杨树在林业应用中的潜力提供了坚实的理论基础。