Plant Physiology | 上海交通大学张大兵团队发表水稻次生细胞壁合成新机制

近日，上海交通大学生命科学与技术学院张大兵教授团队在Plant Physiology上在线发表了题为“ETHYLENE RESPONSE FACTOR 34 promotes secondary cell wall thickening and strength of rice peduncles”的研究论文，揭示了AP2/ERF家族蛋白OsERF34可以促进细胞骨架结合蛋白RMD的表达，从而促进纤维素和木质素合成、水稻穗茎节次生细胞壁增厚，最终增强水稻茎秆强度的新机制。

茎秆强度由茎秆长度和粗细决定，是影响作物产量的关键因素。而茎秆的长度与粗细又与次生细胞壁厚度以及相关化学成分（如纤维素，木质素）的沉积密切相关。虽然已有报道认为细胞骨架参与细胞壁化学成分的运输，但二者之间的调控关系尚不清楚。

这项研究工作是在该课题组前期鉴定到的细胞骨架结合蛋白RMD基础上开展的，RMD属于二型细胞成型蛋白（Formin），可以直接和细胞微丝和微管细胞骨架结合，调控细胞骨架形态，参与水稻形态建成(Zhang et al., The Plant Cell, 2011)、生长素的极性运输（Li et al., PNAS, 2013）、花粉管极性生长(Li et al., Plant Physiology, 2018)、根系重力响应和土壤低磷适应性（Huang et al., Nature Communications, 2018）、地上部分向光性等生命进程（Song et al., Plant Physiology, 2019）。rmd突变体植株矮小、茎秆纤细、易折断，说明RMD可能参与植物茎秆强度的控制。为了弄清RMD参与茎秆强度控制的机制，该课题组利用酵母单杂交筛库筛选到OsERF34可以结合到RMD基因的启动子上，OsERF34与RMD在茎秆厚壁细胞中表达水平高，说明OsERF34-RMD调控通路可能在次生细胞壁合成通路中发挥作用。通过基因编辑获得的水稻erf34突变体植株矮小，RMD表达水平下调、纤维素和木质素含量减少、次生细胞壁薄、茎秆强度弱。相反，OsERF34过量表达植株RMD表达水平升高、纤维素和木质素含量增多、次生细胞壁厚、茎秆强度强（图1）。为进一步确定OsERF34和RMD之间的遗传关系，在rmd突变体背景下过量表达OsERF34，转基因植株次生细胞壁厚度、木质素含量以及茎秆强度无明显增强，这一结果证实了OsERF34参与水稻次生细胞壁的合成依赖RMD，且该调控网络对水稻茎秆强度和次生细胞壁的合成至关重要，对水稻生产与种植有一定的指导意义。

上海交通大学生命科学与技术学院张大兵教授和哥本哈根大学教授、上海交通大学访问教授Staffan Persson为共同通讯作者，张大兵课题组博士生张姣为本文第一作者。日本国立产业技术综合研究所和埼玉大学Nobutaka Mitsuda教授为本工作提供了酵母单杂交文库和筛选平台。该项目获得了国家自然科学基金（32130006）、博士后基金（AF0800067）、丹麦研究理事会项目经费（DNRF155，NNF19OC0056076，NNF20OC0060564，R346-2020-1546）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac385

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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