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资源与环境学院周功克创新课题组在油菜素内酯调控杨树形成层和木材发育方面取得重要进展

    2022-01-19 13:49:20 作者:王丛鹏、周功克 来源:资源与环境学院          浏览数:0

  维管植物茎的次生生长历经维管形成层起始、细胞分裂、韧皮部/木质部分化和次生木质部加厚等过程,涉及到一个复杂的调控网络。油菜素内酯(BR)是一类重要的植物类固醇激素,在植物的生长和发育中发挥着关键作用,但人们对木本植物调控茎形成层的发育和次生生长过程的分子机制还尚不清楚。

  近日,周功克创新课题组与中科院青岛能源研究所合作,在Horticulture Research(IF=6.8, 中科院1区)发表以Integrated transcriptome and proteome analysis reveals brassinosteroid-mediated regulation of cambium initiation and patterning in woody stem为题的研究论文。该研究鉴定了6个杨树BR受体同源基因PdBRI1s,利用基因组编辑技术敲除了4个维管发育相关基因(PdBRI1-1;2;3;6)中的一个至4个,从而产生差异化的生长表型(图1)。其中pdbri1-2;3;6 和pdbri1-1;2;3;6 基因组编辑杨树产生了明显的生长缺陷,植株显著矮化。

  图1. PdBRI1s基因编辑杨树的形态特征

  进一步观察发现,在pdbri1-1;2;3;6突变体中,杨树茎形成层起始和木质部分化受到显著抑制(图2)。pdbri1-1;2;3;6 植株茎形成层呈不连续分布,不能像对照一样形成环状结构,而且在皮层薄壁组织异位产生形成层。

  图2. PdBRI1s基因编辑杨树的茎表型

  进一步利用转录组和蛋白质组对pdbri1-1;2;3;6与对照植株茎中差异基因/蛋白进行联合分析,联合分析表明16%的差异基因在mRNA和protein水平表达一致,84%的差异基因在mRNA和protein水平不一致(图3)。这些发现说明杨树内源BR对茎发育相关基因进行精确调控。本研究通过在木本模式树种杨树中阻断BR信号研究BR调控茎发育的机制,为木本植物木材改良的基因工程培育奠定了基础。

  图3. pdbri1-1;2;3;6突变体与对照间的差异基因/蛋白的保守性和特异性

  青岛农业大学资源与环境学院青年教师王丛鹏博士为该论文第一作者,柴国华教授、周功克教授为该论文的共同通讯作者。该研究获得了“十四五”国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省“一流草业学科” 和泰山学者等项目的支持。

  文章链接:https://doi.org/10.1093/hr/uhab048

编辑:李硕

责任编辑:张艳