林木遗传育种国家重点实验室研究团队揭示杨树次生木质部发育的转录调控新机制

时间:2022-02-18 来源:林木遗传育种国家重点实验室  作者:刘慧子、王爱芝


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)-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P. 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/doi/10.1111/nph.18028


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