近日，中國熱科院生物所、熱帶作物生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室木薯種質(zhì)創(chuàng)新與品種改良研究團(tuán)隊(duì)在木薯細(xì)胞體積調(diào)控機(jī)制方面取得新進(jìn)展，研究團(tuán)隊(duì)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(zhuǎn)錄因子MeGT2.6，利用分子互作、木薯遺傳轉(zhuǎn)化和表型鑒定等方式，發(fā)現(xiàn)MeGT2.6在調(diào)控纖維素合成、赤霉素代謝以及碳源分配等方面起著關(guān)鍵的作用，揭示了轉(zhuǎn)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(jìn)木薯細(xì)胞變大的調(diào)控機(jī)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(chǎn)、食品加工和各種工業(yè)應(yīng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。它由兩個DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成，并特異性結(jié)合5'-G（T/A）AA（T/A）-3'元件。研究表明GT-TFs主要參與調(diào)節(jié)植物發(fā)育和應(yīng)對脅迫，但在調(diào)節(jié)赤霉素（GA）代謝、纖維素合成和細(xì)胞大小等方面鮮有報(bào)道。
本研究中以纖維素合成關(guān)鍵酶MeCesA1pro為誘餌，通過酵母單雜交篩庫鑒定到三螺旋轉(zhuǎn)錄因子MeGT2.6。在轉(zhuǎn)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（圖1）、莖節(jié)細(xì)胞大小和次生細(xì)胞壁厚度。具體而言，MeGT2.6上調(diào)赤霉素20氧化酶1基因（MeGA20ox1）的轉(zhuǎn)錄活性，同時下調(diào)赤霉素2氧化酶1基因（MeGA2ox1）的表達(dá)水平，從而提高了活性赤霉素3（GA3）的含量，致使木薯莖的細(xì)胞體積增大顯著增加（圖2）。此外，MeGT2.6上調(diào)MeCesA1的轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)了纖維素和半纖維素的合成，并增加了次生細(xì)胞壁厚度（圖3）。最后，MeGT2.6還通過上調(diào)轉(zhuǎn)化酶基因（MeNINV1/6）的轉(zhuǎn)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(diào)控功能的轉(zhuǎn)錄因子（圖4）。
圖1.木薯MeGT2.6轉(zhuǎn)基因株系的表型分析
圖2.MeGT2.6調(diào)控細(xì)胞大小與次生細(xì)胞壁厚度
圖3.MeGT2.6調(diào)控木薯莖中纖維素和半纖維素含量
圖4.GT2.6通過增加纖維素合成和活性GA含量來促進(jìn)木薯細(xì)胞變大的調(diào)控模式圖
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(xué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國熱科院生物所陳新研究員和海南大學(xué)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(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，國家自然科學(xué)基金，海南省重大科技計(jì)劃和中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/tpj.16813
