PBJ | 北京林大张德强团队揭示WAK106-E2Fa-DPb1-UGT74E2模块调控杨树纤维品质的分子机制

近日，北京林业大学张德强团队在国际期刊《植物生物技术杂志》在线发表了“WAK106-E2Fa-DPb1-UGT74E2模块的等位变异调控毛白杨纤维品质的分子机制”的研究论文。该研究通过杨树维管组织的转录组分析挖掘了调控杨树纤维品质的重要功能基因PtoDPb1（配体转录因子-1），揭示了该基因通过调控纤维品质来促进杨树横向生长的分子作用机制。该研究结果为全面揭示木材形成的转录调控机制提供了新见解，为通过分子设计育种来培育高纤维素含量的杨树优异种质提供了关键基因模块与育种思路，具有重要的科学与育种价值。

团队研究成员以毛白杨和毛果杨维管组织的22组转录组数据为基础，利用共表达分析与候选模块的关联分析，定位到一个调控杨树纤维素含量的关键基因PtoDPb1，结合序列分析发现其3个显著的非同义突变位点正好位于PtoDPb1的二聚体结构域，与编码区内6-bp的插入缺失形成了连锁不平衡，将435份毛白杨自然种质资源群体分为两种单倍型（Haplotype，简称Hap），其中Hap1群体内杨树纤维素含量比Hap2群体高21.15%。同时，在杨树中过表达PtoDPb1，提高了纤维素含量，改良了纤维形态（图1）。

图1 PtoDPb1基因的自然变异与毛白杨纤维素含量显著关联

随后，为了系统揭示PtoDPb1调控杨树纤维品质的层级网络，组合利用共表达网络、差异基因以及表达数量性状核苷酸定位（eQTN）分析，鉴定到其潜在的遗传调控网络WAK106-DPb1-UGT74E2。分子生物学实验进一步证明了PtoDPb1与PtoE2Fa可形成蛋白复合物，激活下游基因PtoUGT74E2的功能。研究发现由于PtoDPb1的等位变异影响了其与PtoE2Fa的互作效率，复合物PtoE2Fa-PtoDPb1Hap1比PtoE2Fa-PtoDPb1Hap2与PtoUGT74E2的启动子序列有更强的亲和力（图2）。另外，PtoWAK106与PtoDPb1存在蛋白互作，尤为重要的是，PtoWAK106还可以增强PtoE2Fa与PtoDPb1的蛋白互作效率，从而增强PtoE2Fa-PtoDPb1复合物的稳定性。

图2 PtoE2Fa-PtoDPb1复合物结合PtoUGT74E2的启动子

研究中，团队人员鉴定到一个调控杨树纤维品质的关键基因DPb1，探明了作用于杨树木材品质的层级调控模块WAK106-E2Fa-DPb1-UGT74E2（图3），这一模块的发现不仅丰富了对杨树生长发育调控网络的认识，还为进一步优化杨树木材品质提供了具体的分子靶点，也为实现可持续林业发展、提高木材利用率以及拓展木材应用领域奠定了重要基础。

图3 调控杨树纤维品质的功能模块（WAK106-E2Fa-DPb1-UGT74E2）

北京林业大学林木分子育种团队张德强教授为本文通讯作者，团队博士研究生王丹、副教授权明洋以及研究生秦诗彤为论文共同第一作者。北京林业大学博士后肖亮和杜庆章教授参与了该研究工作。澳大利亚CSIRO柳青教授和加拿大UBC的Yousry A. El-Kassaby教授对该项工作给予了指导。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程及111引智计划等项目资助。

论文链接：

http://doi.org/10.1111/pbi.14239

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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