學校資源植物與環境工程創新團隊解析調控纖維素合成新機制

2020-12-15 青島農業大學

近日，青島農業大學資源植物與環境工程創新團隊成員、農學院孔英珍教授及其合作者首次發現了擬南芥種皮粘液質中調控纖維素合成的轉錄因子HDG2，揭示了其在種皮粘液質中參與纖維素合成轉錄調控的分子機制。相關研究內容『HOMEODOMAIN GLABROUS2 regulates cellulose biosynthesis in seed coat mucilage by activating CELLULOSE SYNTHASE5』於11月17日在線發表在《Plant Physiology》（中科院分區：1區，期刊影響因子：7.1）上。

植物細胞壁主要是由纖維素、半纖維素及果膠質等多糖分子交織形成的複雜網絡結構，在植物生長發育、形態建成、信號傳導及物質運輸方面發揮著重要作用，同時也是植物抵禦外界病原菌侵染的第一道防線。纖維素是地球上含量最為豐富的細胞壁多糖，對於維持細胞的機械支撐強度起著至關重要的作用。目前對於纖維素的合成機制已經了解的比較清楚，但對於纖維素合成的轉錄調控因子仍然知之甚少。

該研究通過原位雜交、酵母單雜、HPLC單糖分析、免疫組化等一系列的生理生化實驗證實HD-ZIP IV亞家族的轉錄因子HDG2通過結合啟動子中的L1-box順式作用元件直接激活纖維素合酶5基因 (CESA5)的表達，首次揭示了轉錄因子HDG2通過正向調控纖維素合酶CESA5基因表達，進而調控粘液質中纖維素合成的轉錄調控機制，並提出了一個調控纖維素合成的多層轉錄調控模型：位於第一層的轉錄調控因子是AP2和MBW複合體，位於第二層的轉錄調控因子是TTG2和GL2，HDG2則位於第三層，它直接促進纖維素合酶CESA5和功能蛋白Fei2的表達，進而參與調控纖維素的合成和組裝，該研究為揭示纖維素合成的轉錄調控網絡奠定了重要基礎。

圖1 hdg2突變體表現出粘液質缺陷和結晶化纖維素含量降低的表型


圖2 HDG2在粘液質中的轉錄調控網絡圖


青島農業大學農學院為第一完成單位，青島農業大學農學院孔英珍教授、中科院青島生物能源與過程研究所裴勝強博士、王易平博士、胡瑞波研究員和青島農業大學資源與環境學院周功克教授為該工作做了主要貢獻。該研究得到國家自然科學基金、山東省一流草業學科項目和山東省泰山學者等項目的資助。

文/王萌

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