李学宝和郑勇研究团队在重要农作物研究方面取得新进展

来源:作者:发稿时间:2021-06-11浏览次数:

近日,我校生命科学学院李学宝教授和郑勇副教授的科研团队在棉花纤维发育和油菜油脂合成等研究方面取得重要进展,相关成果分别在线发表于植物学领域著名经典期刊Plant Cell Plant Physiology

棉花是我国重要的经济作物,为纺织工业提供了天然的纤维原料。棉纤维的发育过程微妙而复杂,需经历四个不同的时期:起始、伸长、次生细胞壁增厚和成熟。植物特异性WRKY转录因子在植物发育和胁迫响应中发挥重要作用,但目前为止,对其是否以及如何调控棉纤维发育的功能和机制还了解甚少。发表在著名期刊Plant Cell上的研究论文(Phosphorylation of WRKY16 by MPK3-1 is essential for its transcriptional activity during fiber initiation and elongation in cotton (Gossypium hirsutum))发现一个重要转录因子WRKY16正调控棉纤维细胞起始与伸长。棉纤维发育早期,GhMPK3-1GhMKK2磷酸化,磷酸化状态的GhMPK3-1Thr-130Ser-260位点处磷酸化GhWRKY16蛋白以激活其转录调节活性。随后,被激活的GhWRKY16蛋白与下游靶基因(如GhMYB25GhHOX3GhMYB109GhCesA6D_D11)启动子上的W-box顺式作用元件结合来激活它们的表达,从而促进棉纤维起始和伸长。在棉纤维起始阶段,GhWRKY16直接调控早期棉纤维发育的关键因子GhMYB25;在棉纤维伸长阶段,GhWRKY16直接调控GhHOX3GhMYB109的表达,GhHOX3通过调控细胞壁松弛蛋白编码基因GhEXP1GhRDL1的表达来调节纤维伸长。同时,纤维素合酶基因GhCesA6D_D11的表达也受GhWRKY16的诱导,为快速伸长的纤维细胞初生壁的生物合成提供足够的纤维素材料。因此,本研究揭示了GhWRKY16调控棉纤维发育的新机制,为改善提高棉花产量和纤维品质提供了重要科学依据及潜在靶标。

油菜是我国种植面积最大的油料植物,将油菜籽含油量提高 1%,相当于油菜籽产量提高2.5%左右。油菜产业的发展对保障我国食用油供给安全具有重要战略意义。发表在著名期刊Plant Physiology上的研究论文(Fatty acid export protein BnFAX6 functions in lipid synthesis andaxillary bud growth in Brassica napus)发现甘蓝型油菜脂肪酸转运蛋白BnFAX6通过提高腋芽中亚油酸的水平,从而在油脂合成及解除侧芽休眠中发挥重要作用。植物在生长过程中,主茎顶端生长往往占优势,同时抑制下面邻近侧芽的生长,使侧芽处于休眠状态,这种现象被称之为顶端优势。生长素运输和糖营养假说是顶端优势的经典理论,脂质信号在顶端优势中的作用和机制至今尚不清楚。BnFAX6是一种新发现的质体中脂肪酸转运蛋白,负责转运质体中新合成的脂肪酸,脂肪酸是油脂合成的原料。BnFAX6过表达油菜植株显示出多效性表型,成熟种子含油量提高了8%-10%,有意思的是,BnFAX6过表达植株中几乎所有的侧芽均解除了休眠状态,并发育成侧生分枝,植株在成熟阶段为半矮化表型,单株角果数量及产量增加。进一步的侧芽脂质组分析发现,脂质(尤其是脂肪酸)在休眠解除的侧芽中高度积累。利用稳定同位素标记对特定脂肪酸示踪分析发现,亚油酸是侧芽休眠解除的主要原因。综上所述,该研究表明亚油酸可能是油菜顶端优势的脂信号分子,BnFAX6介导质体中脂肪酸的输出,从而调控脂质合成和腋芽生长,这为理想株型和高油甘蓝型油菜育种提供了重要理论基础和种质资源。

据悉,该团队去年(2020)已有关于棉花发育调控研究的重要成果分别发表在植物学著名期刊New PhytologistPlant Physiology,这是该团队在重要农作物研究领域持续取得的新的重要进展。上述工作得到了国家转基因重大专项和国家自然科学基金项目资助,王娜娜博士和李扬博士为发表在Plant Cell上的论文共同第一作者,黄克林博士为发表在Plant Physiology上的论文第一作者,李学宝教授和郑勇副教授为上述两篇论文的共同通讯作者,华中师范大学为论文完成单位。


原文链接:

https://academic.oup.com/plcell/advance-article-abstract/doi/10.1093/plcell/koab153/6287074?redirectedFrom=fulltext

https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/doi/10.1093/plphys/kiab229/6276994?redirectedFrom=fulltext