木材是重要的可再生资源和工业原材料,具有重要的经济价值。木材是木本植物茎中次生木质部多年累积的产物,来源于每年的维管形成层活动,因此调控形成层细胞分裂和分化是提高木材产量和品质的一个重要途径。近年来研究人员发现,SAG101作为植物中特有的一类脂肪酶类蛋白参与植物细胞死亡调控,在植物抵御生物胁迫和非生物胁迫及生长发育方面具有重要功能。SAG101在树木次生生长中涉及木质部细胞程序化死亡,但其在林木次生木质部发育过程中的功能尚未报道。
JIPB近日在线发表了中国林科院林业所卢孟柱课题组题为“The role of senescence-associated gene101 ( PagSAG101a ) in the regulation of secondary xylem formation in poplar ”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13195)。该研究发现 PagSAG101a 影响形成层区域细胞的分裂活性,促进转基因杨树木质部发育,并且该基因表达受到PagC3H17的直接调控。PagC3H17-PagSAG101a模块受生长素信号诱导,可能参与生长素调控的木材形成调控网络。
图 PagSAG101a 促进木质部发育,并且其表达受到PagC3H17直接调控
过表达 PagSAG101a 导致转基因杨树高生长和径向生长均显著增加,显微观察发现过表达植株木质部宽度显著增加,而基因编辑突变体植株则呈现相反的表型 (图A,B)。进一步研究发现调控木质部分化的转录因子 PagC3H17 可以结合 PagSAG101a 的启动子特定区域 (图C,D)并激活其表达(图E)。该研究揭示了 PagSAG101a 在木本植物木材形成中的作用机制,为利用 PagSAG101a 基因开展木材改良分子育种提供了途径。
卢孟柱课题组近年来在木材形成的分子机制研究中取得了一系列进展,鉴定了 PagMYB216 、 PagKNAT2/6b 、 PagGRF12a 和 PagRabE1b 等调控木材形成的关键基因并揭示了其作用机制 (Wei et al., 2019; Zhao et al., 2020; Wang et al., 2021; Liu et al., 2021)。本论文第一作者为博士生 何辉, 卢孟柱研究员和 赵树堂副研究员为通讯作者,研究得到了中国林科院基本科研业务费专项重点实验室项目和“万人计划”人才项目的资助。
参考文献:
Wei, K., Zhao, Y., Zhou, H., Jiang, C., Zhang, B., Zhou, Y., Song, X., and Lu, M. (2019). PagMYB216 is involved in the regulation of cellulose synthesis in Populus . Mol. Breeding 39:65.
Zhao, Y., Song, X., Zhou, H., Wei, K., Jiang, C., Wang, J., Cao, Y., Tang, F., Zhao, S., and Lu, M.(2020). KNAT2/6b , a class I KNOX gene, impedes xylem differentiation by regulating NAC domain tranion factors in poplar. New Phytol. 225: 1531-1544.
Wang, J., Zhou, H., Zhao, Y., Jiang, C., Li, J., Tang, F., Liu, Y., Zhao, S., Hu, J., Song, X., and Lu, M. Z. (2021). PagGRF12a interacts with PagGIF1b to regulate secondary xylem development through modulating PagXND1a expression in Populus alba × P. glandulosa . J. Integr. Plant Biol. 63: 1683–1694.
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