Physiological and molecular responses to nitrogen-stimulated cambial growth in aspen

Kväve är avgörande för träds tillväxt. De senaste minskningarna i svensk skogsproduktivitet och ett växande intresse för skogsgödsling understryker det akuta behovet av att förstå de mekanismer som styr trädens upptag och användning av kväve. Det är väl etablerat att kvävetillgänglighet påverkar vedens mängd, struktur och kemi, men mindre är känt om effekterna av olika former av kväve, de underliggande molekylära mekanismerna och de kortsiktiga kväveresponserna i xylemet. För att undersöka kvävets effekter utvecklade jag en strategi för att systematiskt variera både kvävekällor och kvävenivåer som tillförs hybridasp (Populus tremula × P. tremuloides). Dessutom etablerades en nära-infraröd (NIR) spektroskopimetod för att karakterisera vedens fysiska och kemiska egenskaper. Kontrollerad kvävetillförsel visade att ökad kvävetillgänglighet främjar ackumuleringen av biomassa och radiell expansion av xylemceller, samtidigt som lignininnehåll och veddensitet minskar. Bland de testade kvävekällorna var nitrat unikt då det signifikant stimulerade ackumulering av biomassa och ökade andelen phydroxyphenyl enheter (H-typ lignin) i veden. Dynamiska och tidsupplösta transkriptomanalyser visade att nitrat transporteras via xylemsaven i hybridaspens stam och tas upp i differentierande xylemvävnad, vilket snabbt inducerade uttryck av gener relaterade till xylemcellernas expansion. Funktionella analyser visade att nitrat främjar xylemcellernas expansion via transkriptionsfaktorn CYTOKININ RESPONSE FACTOR 4 (CRF4). En populationsomfattande genuttrycksanalys av genuttryck kopplat till kvävetransport och metabolism antydde att upptaget av kväve i differentierande xylemvävnad är strikt reglerat, eftersom överdrivet upptag av kväve från xylemsaven verkade hämma trädens radiella tillväxt. Sammantaget klargör dessa studier de mekanismer genom vilka kväve – och särskilt nitrat – reglerar vedbildning i poppelträd. De tillhandahåller även avancerade avbildning- och molekylärbiologiska verktyg som kan användas för att optimera kväveanvändning och främja tillväxt hos skogsträd.