山东农业大学陈学森教授团队揭示转录因子PbMYB61与PbMYB308调控梨石细胞中木质素生物合成的分子机制

近期，The Plant Journal在线发表了题为Transcriptome analysis reveals that PbMYB61 and PbMYB308 are involved in the regulation of lignin biosynthesis in pear fruit stone cells的研究论文，报道了两个MYB家族的转录因子PbMYB61与PbMYB308互作，协同调控梨石细胞中木质素生物合成的分子机制。山东农业大学园艺科学与工程学院陈学森教授和张宗营讲师为该文的通讯作者，课题组博士研究生朱岩松、王意程为共同第一作者，王楠教授、博士研究生刘文军、张淑辉、侯绪凯等也参与了该项工作。

石细胞（stone cell）是一种厚壁组织细胞，在细胞停止发育后，木质素在薄壁细胞的细胞壁上不断积累，次生细胞壁（SCW）不断沉积，最终发育成成熟的石细胞。它的含量与大小严重影响梨果实的食用品质。梨果肉组织中石细胞的形成与木质素的生物合成、转移和沉积密切相关。因此，阐明调控梨果实中木质素生物合成的分子机制可能为果实品质的遗传改良提供新思路。

加权基因相关网络分析(WGCNA)是是用来描述不同样品之间基因关联模式的系统生物学方法，可以用来鉴定高度协同变化的基因集, 并根据基因集的内连性和基因集与表型之间的关联鉴定在生物过程中起重要作用的相关途径和基因， 并通过网络中的已知基因预测未知的基因调控关系。

该研究分析了山农酥梨在五个发育时期（盛花期后25、35、45、65、95天）采集的果肉样本产生的RNA-seq数据，基于加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建了梨木质素合成的结构基因与MYB, NAC, WRKY家族转录因子的共表达网络，通过整合基因共表达网络和蛋白相互作用（PPI）网络等信息确定了9个木质素生物合成网络中的hub候选结构基因。

基于参与调节SCW合成和木质素生物合成的AtMYB TF，分析了石细胞相关模块中MYB基因的系统发育关系、保守基序和结构域。研究发现参与SCW合成和木质素生物合成调节的MYB TF是高度保守的。结合种间共线性分析确定了两个候选MYB TF编码基因。

通过瞬时过表达和基因沉默（VIGS）以及稳定转化苹果愈伤组织发现，PbMYB61可以促进木质素的生物合成，PbMYB308具有相反的作用。进一步的分子生物学实验结果表明PbMYB61通过与PbLAC1启动子中的AC元件结合上调表达来调节石细胞木质素的形成。然而，PbMYB308通过与PbMYB61结合形成不能激活PbLAC1表达的二聚体来负调节石细胞木质素合成。

图1. PbMYB61与PbMYB308调控梨木质素合成的作用模型

综上所述，该研究阐明了‘PbMYB308- PbMYB61- PbLAC1’模块参与梨石细胞中木质素的生物合成的分子机制。这项研究的结果加深了我们对石细胞发育过程中木质素生物合成的复杂机制的理解。

本研究得到了冠县乡村振兴科技合作基金、中央引导地方科技发展专项资金项目、山东省“青创团队计划”项目的资助。

来源：山东农业大学

转自：“植物研究进展”微信公众号

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