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我校研究团队揭示杨树次生木质部发育的转录调控新机制

日期:2022-02-18 发布单位:林木遗传育种国家重点实验室 文字:刘慧子、王爱芝
文字 刘慧子、王爱芝 图片
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近日,林木遗传育种国家重点实验室(东北林业大学)李伟研究组在New Phytologist(TOP期刊,IF=10.151)上在线发表了题为“Dimerization of PtrMYB074 and PtrWRKY19 Mediates Transcriptional Activation of PtrbHLH186 for Secondary Xylem Development in Populus trichocarpa”的研究论文。该研究发现了调控杨树次生木质部发育的“PtrMYB074-PtrWRKY19-PtrbHLH186”分子模块,揭示了木材形成过程中转录因子(TF)TF-DNA和TF-TF相互作用的转录调控新机制,拓展了人们对木材形成的分子调控机制的科学认知,为利用分子育种技术进行林木材性遗传改良提供了新线索。

木材是世界上最丰富的可再生资源之一,是天然环保和低能耗材料。木材的形成是一个复杂的发育过程,是树木维管形成层细胞分裂分化产生的次生木质部不断沉积、累加的结果。木材形成由转录调节网络控制,涉及TF-DNA互作和TF-TF互作共同决定的稳态调控。目前,TF-TF互作在木材形成中的作用仍处于早期鉴定阶段,其潜在的调控机制仍有待探索。

本研究筛选得到54对PtrMYB074相互作用体。其中,PtrWRKY19为最高表达的木质部特异性因子。PtrMYB074和PtrWRKY19的ChIP-seq分析显示,PtrbHLH186是这两种互作蛋白的共同靶点中在木质部高丰度表达的转录因子。通过瞬时和CRISPR/Cas9介导的Populus trichocarpa转基因并结合染色质免疫沉淀和电泳迁移实验证实,PtrMYB074被PtrWRKY19招募到PtrbHLH186启动子上以此增强该基因表达水平。在杨树中过量表达PtrbHLH186基因,导致植株导管细胞的孔径减小而数量增多,总木质素及G型木质素单体含量增加,并且耐旱性显著增强。研究结果表明,“PtrMYB074-PtrWRKY19-PtrbHLH186”分子模块通过TF-TF互作和TF-DNA互作协同调控杨树次生木质部发育,改变导管细胞的结构和数量以及木材组分,使杨树次生生长适应干旱环境。

过量表达PtrbHLH186基因改变杨树次生木质部导管细胞的结构和数量

东北林业大学林学院在读博士研究生刘慧子为该论文的第一作者,李伟教授为该论文的通讯作者,姜立泉教授参与指导该项研究工作。该研究得到国家重点研发计划和黑龙江省头雁行动计划等项目资助。

论文下载网址:https://nph-onlinelibrary-wiley-com-s.webvpn.nefu.edu.cn/doi/10.1111/nph.18028