楊樹次生木質部發育轉錄調控新機制獲揭示

近日，林木遺傳育種國家重點實驗室（東北林業大學）李偉研究組在《新植物學家》（New Phytologist）上在線發表研究論文。該研究發現了調控楊樹次生木質部發育的“PtrMYB074-PtrWRKY19-PtrbHLH186”分子模塊，揭示了木材形成過程中轉錄因子（TF）TF-DNA和TF-TF相互作用的轉錄調控新機制，拓展了人們對木材形成的分子調控機制的科學認知，為利用分子育種技術進行林木材性遺傳改良提供了新線索。

木材是世界上最豐富的可再生資源之一，是天然環保和低能耗材料。木材的形成是一個復雜的發育過程，是樹木維管形成層細胞分裂分化產生的次生木質部不斷沉積、累加的結果。木材形成由轉錄調節網絡控制，涉及TF-DNA互作和TF-TF互作共同決定的穩態調控。目前，TF-TF互作在木材形成中的作用仍處于早期鑒定階段，其潛在的調控機制仍有待探索。

本研究篩選得到54對PtrMYB074相互作用體。其中，PtrWRKY19為最高表達的木質部特異性因子。PtrMYB074和PtrWRKY19的ChIP-seq分析顯示，PtrbHLH186是這兩種互作蛋白的共同靶點中在木質部高豐度表達的轉錄因子。通過瞬時和CRISPR/Cas9介導的Populus trichocarpa轉基因并結合染色質免疫沉淀和電泳遷移實驗證實，PtrMYB074被PtrWRKY19招募到PtrbHLH186啟動子上以此增強該基因表達水平。在楊樹中過量表達PtrbHLH186基因，導致植株導管細胞的孔徑減小而數量增多，總木質素及G型木質素單體含量增加，并且耐旱性顯著增強。研究結果表明，“PtrMYB074-PtrWRKY19-PtrbHLH186”分子模塊通過TF-TF互作和TF-DNA互作協同調控楊樹次生木質部發育，改變導管細胞的結構和數量以及木材組分，使楊樹次生生長適應干旱環境。

東北林業大學林學院在讀博士研究生劉慧子為該論文的第一作者，李偉教授為該論文的通訊作者，姜立泉教授參與指導該項研究工作。該研究得到國家重點研發計劃和黑龍江省頭雁行動計劃等項目資助。