近日，中國熱科院生物所、熱帶作物生物育種全國重點實驗室木薯種質創(chuàng)新與品種改良研究團隊在木薯細胞體積調控機制方面取得新進展，研究團隊以木薯纖維素合成酶A1基因啟動子（MeCesA1pro）為誘餌，通過酵母單雜交篩庫鑒定到三螺旋轉錄因子MeGT2.6，利用分子互作、木薯遺傳轉化和表型鑒定等方式，發(fā)現(xiàn)MeGT2.6在調控纖維素合成、赤霉素代謝以及碳源分配等方面起著關鍵的作用，揭示了轉錄因子MeGT2.6通過增加纖維素合成和活性赤霉素（GA）含量來促進木薯細胞變大的調控機制。
木薯（Manihot esculenta Crantz）是一種重要的熱帶糧食作物，不僅是超過10億人的主食，也是飼料生產、食品加工和各種工業(yè)應用的重要原材料。木薯莖中富含纖維素和半纖維素，是重要的碳水化合物儲存器官。GT2屬于三螺旋轉錄因子家族（Transcription factors, TFs），具有典型的螺旋-環(huán)-螺旋-環(huán)-螺旋的結構。它由兩個DNA結合結構域組成，并特異性結合5'-G（T/A）AA（T/A）-3‘元件。研究表明GT-TFs主要參與調節(jié)植物發(fā)育和應對脅迫，但在調節(jié)赤霉素（GA）代謝、纖維素合成和細胞大小等方面鮮有報道。
本研究中以纖維素合成關鍵酶MeCesA1pro為誘餌，通過酵母單雜交篩庫鑒定到三螺旋轉錄因子MeGT2.6。在轉基因株系中，發(fā)現(xiàn)MeGT2.6能顯著提高木薯植株的株高、莖粗、莖節(jié)細胞大小和次生細胞壁厚度。具體而言，MeGT2.6上調赤霉素20氧化酶1基因（MeGA20ox1）的轉錄活性，同時下調赤霉素2氧化酶1基因（MeGA2ox1）的表達水平，從而提高了活性赤霉素3（GA3）的含量，致使木薯莖的細胞體積增大顯著增加。此外，MeGT2.6上調MeCesA1的轉錄活性，促進了纖維素和半纖維素的合成，并增加了次生細胞壁厚度。最后，MeGT2.6還通過上調轉化酶基因（MeNINV1/6）的轉錄活性，為纖維素和半纖維素的合成提供足夠的底物。因此，MeGT2.6是一種具有多重調控功能的轉錄因子。
該研究成果以“MeGT2.6 increases cellulose synthesis and active gibberellin content to promote cell enlargement in cassava” 為題發(fā)表于《The Plant Journal》。中國熱科院生物所和海南大學聯(lián)合培養(yǎng)的博士生鮑茹雪為該文第一作者，熱帶作物生物育種全國重點實驗室/中國熱科院生物所陳新研究員和海南大學黃東益教授、王文泉研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家木薯產業(yè)技術體系，國家自然科學基金，海南省重大科技計劃和中國熱帶農業(yè)科學院國家熱帶農業(yè)科學中心科技創(chuàng)新團隊的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16813
日期：2024-06-11
木薯（Manihot esculenta Crantz）是一種重要的熱帶糧食作物，不僅是超過10億人的主食，也是飼料生產、食品加工和各種工業(yè)應用的重要原材料。木薯莖中富含纖維素和半纖維素，是重要的碳水化合物儲存器官。GT2屬于三螺旋轉錄因子家族（Transcription factors, TFs），具有典型的螺旋-環(huán)-螺旋-環(huán)-螺旋的結構。它由兩個DNA結合結構域組成，并特異性結合5'-G（T/A）AA（T/A）-3‘元件。研究表明GT-TFs主要參與調節(jié)植物發(fā)育和應對脅迫，但在調節(jié)赤霉素（GA）代謝、纖維素合成和細胞大小等方面鮮有報道。
本研究中以纖維素合成關鍵酶MeCesA1pro為誘餌，通過酵母單雜交篩庫鑒定到三螺旋轉錄因子MeGT2.6。在轉基因株系中，發(fā)現(xiàn)MeGT2.6能顯著提高木薯植株的株高、莖粗、莖節(jié)細胞大小和次生細胞壁厚度。具體而言，MeGT2.6上調赤霉素20氧化酶1基因（MeGA20ox1）的轉錄活性，同時下調赤霉素2氧化酶1基因（MeGA2ox1）的表達水平，從而提高了活性赤霉素3（GA3）的含量，致使木薯莖的細胞體積增大顯著增加。此外，MeGT2.6上調MeCesA1的轉錄活性，促進了纖維素和半纖維素的合成，并增加了次生細胞壁厚度。最后，MeGT2.6還通過上調轉化酶基因（MeNINV1/6）的轉錄活性，為纖維素和半纖維素的合成提供足夠的底物。因此，MeGT2.6是一種具有多重調控功能的轉錄因子。
該研究成果以“MeGT2.6 increases cellulose synthesis and active gibberellin content to promote cell enlargement in cassava” 為題發(fā)表于《The Plant Journal》。中國熱科院生物所和海南大學聯(lián)合培養(yǎng)的博士生鮑茹雪為該文第一作者，熱帶作物生物育種全國重點實驗室/中國熱科院生物所陳新研究員和海南大學黃東益教授、王文泉研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家木薯產業(yè)技術體系，國家自然科學基金，海南省重大科技計劃和中國熱帶農業(yè)科學院國家熱帶農業(yè)科學中心科技創(chuàng)新團隊的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16813
日期：2024-06-11
