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東北林業(yè)大學(xué)在木材形成轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究方面取得進(jìn)展
近日，東北林業(yè)大學(xué)林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李偉研究組和姜立泉研究組合作，在植物學(xué)期刊Plant Physiology上在線發(fā)表題為“MYB transcription factor 161 mediates feedback regulation of Secondary wall-associated NAC-Domain 1 family genes for wood formation”的研究論文。李偉教授和姜立泉教授為通訊作者，林木遺傳育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在讀博士研究生王志鳳為di一作者。此項(xiàng)研究同時(shí)被選為Plant Physiology雜志11月的封面論文。
該研究揭示了PtrMYB161轉(zhuǎn)錄因子通過反饋調(diào)節(jié)木材形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而影響楊樹木質(zhì)部纖維細(xì)胞發(fā)育、次生細(xì)胞壁加厚及木材化學(xué)組分合成，為利用分子育種技術(shù)進(jìn)行林木材性改良提供了新線索。
木材形成是一個(gè)復(fù)雜的發(fā)育過程，受到不同水平的分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。在本團(tuán)隊(duì)的前期研究結(jié)果中，揭示了木材形成中關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子PtrSND1-B1介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（Lin et al 2013, Plant Cell），并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建PtrSND1-B1介導(dǎo)的木材形成多層級(jí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)木材形成過程存在轉(zhuǎn)錄因子-DNA互作和蛋白-蛋白互作共同決定的穩(wěn)態(tài)調(diào)控機(jī)制，其中PtrMYB161位于該網(wǎng)絡(luò)的第三層，直接結(jié)合并激活5個(gè)木材組分合成酶基因的表達(dá)（Chen et al 2019, Plant Cell）。
新研究發(fā)現(xiàn)，PtrMYB161基因在楊樹木質(zhì)部纖維細(xì)胞中高豐度表達(dá)，過表達(dá)該基因?qū)е履举|(zhì)部纖維細(xì)胞數(shù)量減少且次生壁變薄，而導(dǎo)管細(xì)胞數(shù)量增加且次生細(xì)胞壁厚度沒有明顯變化。過表達(dá)PtrMYB161基因同時(shí)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)基因植株的木材成分，使纖維素主要成分葡萄糖和半纖維素主要成分木糖含量各降低~50%，S（Syringyl）型木質(zhì)素降低~57%，而G（Guaiacyl）型木質(zhì)素增加~115%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PtrMYB161通過直接結(jié)合并反饋調(diào)節(jié)木材形成多層級(jí)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中位于di一層PtrSND1s家族成員和第二層PtrMYB021的表達(dá)，進(jìn)而對整個(gè)木材形成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抑制。綜合分析以上結(jié)果表明，在木材形成多層級(jí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，PtrMYB161發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活或抑制作用協(xié)同調(diào)控楊樹木材形成。