【摘 要】
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林木的次生细胞壁发育受到环境、激素和调控因子等多方面的影响,而转录因子在其中发挥着重要的作用。ERF家族基因是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育中发挥着重要的作用。本研究发现一个与木材形成密切相关的PagERF110基因,其生物功能尚不清楚。利用84K杨(Populus alba×P.glandulosa)为材料,通过分子生物学、解剖学方法鉴定PagERF110的分子功能及其调控林木次生
【基金项目】
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国家科技重大专项项目(NO.2021YFD2200203); 中央高校基本科研业务费(2572018CL03)项目;
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林木的次生细胞壁发育受到环境、激素和调控因子等多方面的影响,而转录因子在其中发挥着重要的作用。ERF家族基因是植物特有的转录因子家族之一,在植物的生长发育中发挥着重要的作用。本研究发现一个与木材形成密切相关的PagERF110基因,其生物功能尚不清楚。利用84K杨(Populus alba×P.glandulosa)为材料,通过分子生物学、解剖学方法鉴定PagERF110的分子功能及其调控林木次生发育的分子机制,具体的结果如下:(1)利用RNA-Seq,在84K杨中发现35个应答盐胁迫的ERF家族差异表达基因,其中PagERF110基因的表达量最高。PagERF110基因在韧皮部、木质部表达量较高;PagERF110蛋白定位于细胞核,转录激活区位于C端。PagERF110启动子驱动GUS转基因杨树染色发现,PagERF110启动子主要在叶脉、叶柄和第三茎节的维管形成层上表达。(2)利用农杆菌介导法培育PagERF110基因过表达和抑制表达转基因杨树株系。与野生型对照相比较,过表达转基因株系的叶片变小、茎节变多、茎节长度变短、地径变细、根长变短,根的生物量降低;另外,次生木质部沉积较少,次生壁的发育延迟,与次生细胞壁发育的相关基因的表达水平也明显降低;而PagERF110基因抑制表达转基因杨树的表型和木质素的沉积无明显变化。PagERF110是杨树次生细胞壁发育的负调控因子。(3)通过转录组测序,在过表达PagERF110转基因杨树株系叶片中发现许多与激素应答、叶片发育相关的差异表达基因,在茎中发现大量与次生壁发育相关的差异表达基因。(4)通过酵母单杂交、效应载体与报告载体共转化,说明PagERF110能够特异性的结合GCC-box元件;LUC荧光检测和染色质免疫共沉淀试验表明PagERF110能够与Pag XND1d的启动子序列特异性结合;过表达Pag XND1d转基因杨树第十茎节的次生木质部的沉积少于野生型对照株系。PagERF110可以通过调控Pag XND1d基因的表达,负调控次生细胞壁的生长发育。(5)酵母双杂交证明PagERF110蛋白能够与Pag CAT2、Pag ACD32.1和Pag HAP5A蛋白互作。综上所述:杨树转录因子PagERF110可以通过抑制转基因杨树次生细胞壁发育相关基因的表达来抑制次生细胞壁的发育;PagERF110可以与GCC-box元件结合,激活下游靶基因Pag XND1d的表达,负调控次生木质部沉积。本研究进一步丰富了次生细胞壁发育的调控网络。
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