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青岛能源所揭示出木材形成的双重调控机制
2019-10-21   青岛生物能源与过程研究所 【

  木材是多年生木本植物的主要储能组织,不仅为人类提供多样化的木材产品,而且是陆地上最大的碳库,具有重要的生态意义。相对于粮食作物,木本植物特别是木材形成机制尚不清楚,这极大地限制了林木分子育种研究的进展。青岛能源所周功克研究员带领的资源植物与环境工程研究组前期系统研究了木本模式植物杨树的一类CCCH锌指蛋白,对其91个成员的进化趋同性做了注释,筛选并获得两个可能参与木材形成的同源基因PdC3H17PdC3H18Chai et al., 2012),遗传生化证据表明这两个基因是木材第二层调控枢纽PdMYB3PdMYB21的靶基因,在杨树中正调控木质部形成和次生细胞壁增厚,且在拟南芥中功能保守(Chai et al., 2014)。

  为了构建杨树PdC3H17介导的木材调控网络,我们创建了木材特异的酵母文库,利用酵母双杂交技术鉴定了PdC3H17的互作蛋白PdMYB199,大量遗传生化证据证实这两个基因以功能模块的形式在木材形成中起作用。这两个蛋白除了物理互作以外,还存在上下游调控关系,PdC3H17直接抑制PdMYB199表达。在生物学功能上,两个基因都能调控形成层数目、木材积累,但功能相反。有意思的是,生长素能够在形成层区域促进这个功能模块双重调控木材形成(图1)。这项研究揭示了木材形成的复杂性,为林木分子育种提供了重要的理论指导。相关研究近日以题为“Dual regulation of xylem formation by an auxin-mediated PaC3H17-PaMYB199 module in Populus.”发表在New Phytologist上。

 

 1 生长素促进PaC3H17-PaMYB199双重调控木材形成的模型

  该研究组助理研究员唐贤丰为本论文第一作者,周功克研究员柴国华副研究员为本论文共同通讯作者。该论文获得了十三五国家重点研发计划、转基因专项、国家自然科学基金等项目支持。(文/图 唐贤丰 周功克)

  参考文献:

  [1] Xianfeng Tang, Dian Wang, Yu Liu, Mengzhu Lu, Yamei Zhuang, Zhi Xie, Congpeng Wang, Shumin Wang, Yingzhen Kong, Guohua Chai*, Gongke Zhou*. Dual regulation of xylem formation by an auxin-mediated PaC3H17-PaMYB199 module in Populus. New Phytologist, https://doi.org/10.1111/nph.16244

  [2] Guohua Chai, Guang Qi, Yingping Cao, Zengguang Wang, Li Yu, Xianfeng Tang, Yanchong Yu, Dian Wang, Yingzhen Kong and Gongke Zhou*. Poplar PdC3H17 and PdC3H18 are direct targets of PdMYB3 and PdMYB21, and positively regulate secondary wall formation in Arabidopsis and poplar. New Phytologist, 2014, 203: 520-534

  [3] Guohua Chai, Ruibo Hu, Dongyuan Zhang, Guang Qi, Ran Zuo, Yingping Cao, Peng Chen, Yingzhen Kong, Gongke Zhou*. Comprehensive analysis of CCCH Zinc finger family in poplar (Populus trichocarpa), BMC Genomics, 2012, 13: 253.

 
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