杨树S型木质素单体生物合成机制研究取得新进展学术资讯

木质素是林木茎的次生木质部细胞壁的主要成分之一，木质素的含量、组成和结构影响木质生物质的加工效率。大多数开花植物(双子叶被子植物)木材中的木质素通常由三种木质素单体前体（松柏醇、芥子醇和对羟基肉桂醇）聚合而成，分别生成愈创木基(G)、丁香酚基(S)和羟苯基(H)亚基(Ralph et al., 2004)。木质素中S/G的比值是影响纸浆得率的重要因素，研究发现S型木质素比例较高的木材更适合造纸/制浆和生物燃料生产(Río et al., 2005; Studer et al.,2011)。在被子植物中，11种酶家族组成一个分支网状途径，将苯丙氨酸转化为三种主要的木质素单体(Boerjan et al., 2003; Vanholme etal., 2013)。研究表明CAld5H/F5H是指导S木质素生产的关键酶，过表达CAld5H使杨树S/G比提高了64%(Li et al., 2003)，但调控CAld5H的分子机制仍不清楚。

近日，林木遗传育种国家重点实验室的林木分子与代谢研究组以84K杨树为材料对S型木质素单体生物合成机制进行了研究。在本研究中，作者重点研究了S型木质素单体生物合成关键酶的CAld5H2基因的转录调控。作者进行了酵母单杂交(Y1H)筛选，以确定调控CAld5H2的候选上游转录因子(TFs)（图1）。作者获得了12个上游TFs作为CAld5H2的潜在调控因子。其中一个TF基因，BLH6a，编码一个类似BEL1的同源结构域(BLH)蛋白，并负调控CAld5H2启动子活性（图2）。通过ChIP-qPCR和对BLH6a:SRDX显性抑制转基因植株研究发现BLH6a对CAld5H2启动子的直接调控（图2；图3）。荧光素酶互补成像分析显示这12个转录因子之间存在广泛的蛋白质相互作用（图4）。作者认为，BLH6a是CAld5H2的负调控因子，它通过组合调控多个TFs来实现杨树S型木质素单体的生物合成，该结果为利用生物工程技术进行林木的遗传改良提供了理论支撑。

研究成果在线发表于Frontiers inPlant Science，林木分子与代谢研究组已毕业研究生王巧博士、课题组成员代新仁博士和庞红盈博士研究生为该论文共同第一作者，课题组PI李全梓研究员为通讯作者，美国威斯康星能源研究所的吕发创教授，美国密歇根理工大学的卫海荣教授和美国北卡罗来纳州立大学的Ronald R.Sederoff教授也参与了本研究。本研究得到了中国林科院基本科研业务费国家重点实验室项目（CAFYBB2017ZY001和CAFYBB2016ZX001-1）、国家自然科学基金项目（31670667）和国家重点研发计划项目（2016YFD0600103）的资助。