木材是一种绿色的可再生资源,有着重要的社会、经济和生态价值。木材形成主要经历次生维管形成层细胞分裂、木质部细胞膨胀伸长、次生细胞壁加厚和程序性细胞死亡等多个复杂的生物学过程。目前已经识别出一些植物激素、激酶、转录因子和木材组分合成酶等参与木材的形成,但完整的分子调控网络还未阐明清楚,是否还有新的调控因子仍有待研究。天冬氨酸蛋白酶（aspartic protease,AP）是一类重要的蛋白质水解酶,可广泛地参与植株的生长和发育,APs是否参与木材形成还有待进一步鉴定。本研究以毛果杨为对象,通过对APs家族基因的全基因组特征分析,筛选出与木材形成相关的APs。运用遗传学、木材解剖学和生理生化分析等技术手段,解析了木质部高丰度表达的典型类的AP17/45和非典型类的AP64在木材形成过程中的功能和作用。主要结果如下:（1）鉴定与木材形成相关的APs基因。在毛果杨基因组中鉴定到67个APs基因,基于基因结构与复制、进化关系、蛋白亚细胞定位和糖基化位点分析,APs分为典型、类珠心和非典型三类。通过基因电子表达数据、RT-qPCR表达和木材形成相关顺式作用元件分析,初步筛选出12个茎木质部特异或高丰度表达的APs。结合APs基因启动子驱动GUS报告基因的组织表达特征,提示典型类的AP1 7/45和非典型类的AP64是调控木材形成的关键APs基因。AP17和AP45定位在液泡,而AP64定位在细胞质。（2）发现典型AP17和AP45基因功能冗余,AP1 7/45是次生木质部纤维细胞程序性死亡的正调控因子。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制出ap17、ap45和ap17ap45突变体植株;敲除AP17和AP45不影响植株生长,但均延迟木质部纤维细胞程序性死亡,进一步研究发现AP17和AP45功能冗余且AP17起主要作用。ap1 7ap45双突变体木质部细胞涉及囊泡运输、质膜氧化与修复等基因（APYRASE 2,Annexins和BAG）的转录水平变化支持其木质部死亡延迟表型。过量表达AP17不干扰植株生长,但木质部纤维细胞提前死亡。（3）干扰典型AP17/45介导的木质部纤维细胞程序性死亡改变次生细胞壁合成,使木材细胞壁更易糖化。敲除AP17和AP45不影响木质部纤维次生细胞壁结构,但木材纤维素含量升高,木质素含量降低;过量表达AP17导致木质部纤维次生细胞壁变薄,木质素含量减少。AP17和AP45异源过量表达诱导拟南芥维管组织程序性死亡并降低次生细胞壁合成,且保守的天冬氨酸位点（D106和D293）对其功能行使十分关键。改变AP17和AP45的表达水平使木材细胞壁更易糖化,其中,AP17过量表达植株木材糖化效率更高。（4）揭示了功能特化的非典型AP64调控次生维管形成层活性和木材组织形成。通过分析ap64突变体和AP64过量表达毛果杨发现,改变AP64的表达水平抑制植株生长、减弱形成层分裂、减少木质部细胞膨胀伸长、降低木质部细胞次生壁厚度,但却显著增加木质部导管密度。异源转化拟南芥发现保守的天冬氨酸活性位点（D167和D368）对AP64的功能行使十分关键。（5）筛选得到5个非典型AP64的互作蛋白。基于酵母双杂交和双分子荧光互补试验,识别到5个AP64的互作蛋白:羧肽酶（CP）、蛋白磷酸酶（PP2A）、类病程相关蛋白（PRPL）、蔗糖转运蛋白（SWEET2a）和ATP依赖染色体重塑蛋白（SWIB）。进一步的内源糖含量分析确定,改变AP64的表达水平影响蔗糖运输和淀粉积累,证实了 AP64作用与其互作蛋白（蔗糖转运蛋白）功能的关联性。综上所述,本研究初步分析了毛果杨APs的全基因组特征,识别出12个木质部高丰度表达的APs,推测这些基因差异地调控木材形成。典型AP17和AP45功能冗余,AP17/45是次生木质部纤维细胞程序性死亡的正调控因子;过量表达AP17改变木材成分,使得木材细胞壁更易糖化。而功能特化的非典型AP64则调控次生维管形成层活性和木材组织形成,干扰其表达改变了木材结构。本研究解析了木质部高丰度表达且关键的APs的功能,并初步阐述了它们参与木材形成的生物学功能差异及其潜在的育种价值。本研究不仅丰富了木材形成的分子基础,也为林木的遗传改良提供候选基因。