近期，The Plant Journal在線發(fā)表了題為Transcriptome analysis reveals that PbMYB61 and PbMYB308 are involved in the regulation of lignin biosynthesis in pear fruit stone cells的研究論文，報道了兩個MYB家族的轉(zhuǎn)錄因子PbMYB61與PbMYB308互作，協(xié)同調(diào)控梨石細(xì)胞中木質(zhì)素生物合成的分子機(jī)制。園藝科學(xué)與工程學(xué)院陳學(xué)森教授和張宗營講師為該文的通訊作者，課題組博士研究生朱巖松、王意程為共同第一作者，王楠教授、博士研究生劉文軍、張淑輝、侯緒凱等也參與了該項工作。

石細(xì)胞（stone cell）是一種厚壁組織細(xì)胞，在細(xì)胞停止發(fā)育后，木質(zhì)素在薄壁細(xì)胞的細(xì)胞壁上不斷積累，次生細(xì)胞壁（SCW）不斷沉積，最終發(fā)育成成熟的石細(xì)胞。它的含量與大小嚴(yán)重影響梨果實(shí)的食用品質(zhì)。梨果肉組織中石細(xì)胞的形成與木質(zhì)素的生物合成、轉(zhuǎn)移和沉積密切相關(guān)。因此，闡明調(diào)控梨果實(shí)中木質(zhì)素生物合成的分子機(jī)制可能為果實(shí)品質(zhì)的遺傳改良提供新思路。

加權(quán)基因相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)是是用來描述不同樣品之間基因關(guān)聯(lián)模式的系統(tǒng)生物學(xué)方法，可以用來鑒定高度協(xié)同變化的基因集, 并根據(jù)基因集的內(nèi)連性和基因集與表型之間的關(guān)聯(lián)鑒定在生物過程中起重要作用的相關(guān)途徑和基因， 并通過網(wǎng)絡(luò)中的已知基因預(yù)測未知的基因調(diào)控關(guān)系。

該研究分析了山農(nóng)酥梨在五個發(fā)育時期（盛花期后25、35、45、65、95天）采集的果肉樣本產(chǎn)生的RNA-seq數(shù)據(jù)，基于加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）構(gòu)建了梨木質(zhì)素合成的結(jié)構(gòu)基因與MYB,NAC,WRKY家族轉(zhuǎn)錄因子的共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，通過整合基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和蛋白相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)等信息確定了9個木質(zhì)素生物合成網(wǎng)絡(luò)中的hub候選結(jié)構(gòu)基因。

基于參與調(diào)節(jié)SCW合成和木質(zhì)素生物合成的AtMYB TF，分析了石細(xì)胞相關(guān)模塊中MYB基因的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、保守基序和結(jié)構(gòu)域。研究發(fā)現(xiàn)參與SCW 合成和木質(zhì)素生物合成調(diào)節(jié)的MYB TF 是高度保守的。結(jié)合種間共線性分析確定了兩個候選MYB TF 編碼基因。

通過瞬時過表達(dá)和基因沉默（VIGS）以及穩(wěn)定轉(zhuǎn)化蘋果愈傷組織發(fā)現(xiàn)，PbMYB61可以促進(jìn)木質(zhì)素的生物合成，PbMYB308具有相反的作用。進(jìn)一步的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PbMYB61通過與PbLAC1啟動子中的AC元件結(jié)合上調(diào)表達(dá)來調(diào)節(jié)石細(xì)胞木質(zhì)素的形成。然而，PbMYB308 通過與PbMYB61 結(jié)合形成不能激活PbLAC1 表達(dá)的二聚體來負(fù)調(diào)節(jié)石細(xì)胞木質(zhì)素合成。

圖1. PbMYB61 and PbMYB308調(diào)控梨木質(zhì)素合成的作用模型

綜上所述，該研究闡明了‘PbMYB308- PbMYB61- PbLAC1’模塊參與梨石細(xì)胞中木質(zhì)素的生物合成的分子機(jī)制。這項研究的結(jié)果加深了我們對石細(xì)胞發(fā)育過程中木質(zhì)素生物合成的復(fù)雜機(jī)制的理解。

本研究得到了冠縣鄉(xiāng)村振興科技合作基金、中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項資金項目、山東省“青創(chuàng)團(tuán)隊計劃”項目的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波