杨树光敏色素互作因子PIFs调控次生壁合成的机理研究
批准号:
32101483
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
魏洪彬
依托单位:
学科分类:
木材物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
魏洪彬
中文摘要
次生细胞壁合成受到遗传和环境因素的调控。研究表明,光作为最重要的环境因子之一,光强和光质改变(红光与远红光比率)能够影响次生壁的生物合成,但其分子机制还不清楚。本项目前期研究发现,毛白杨光敏色素互作因子PtoPIF3.1和PtoPIF3.2可能参与次生细胞壁合成,为搞清其功能,拟创制PtoPIF3.1/3.2超表达和CRISPR突变体材料,结合表型分析、免疫组化染色和细胞壁组分测量等,阐明PtoPIFs在次生壁合成过程中的生物学功能。进一步利用转录组测序分析预测PtoPIFs下游基因调控通路,通过酵母单杂交试验初步筛选出直接靶基因,再通过凝胶阻滞迁移、ChIP-qPCR、Effector-Reporter和遗传回补等试验,验证PtoPIF3.1/3.2因子与候选靶基因的调控关系,从而阐明光信号通路调控次生壁合成的分子机理。预期研究成果可为培育和改良林木新品种提供新思路和奠定理论基础。
英文摘要
The biosynthesis of secondary cell wall (SCW) is regulated by genetic and environmental factors. It has been shown that light is one of the most important environmental factors, and changes in light quantity and quality (the ratio of red light to far red light) can affect SCW biosynthesis, yet the underlying molecular mechanisms remain unclear. Our preliminary studies suggest that Populus tomentosa PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3.1 (PtoPIF3.1) and PtoPIF3.2 may be involved in regulating SCW biosynthesis. To test this hypothesis, this project plan to generate populus PtoPIF3.1/3.2 overexpression and CRISPR mutant plants, and conduct phenotype analyses, immunohistochemical staining and cell wall component measurement to elucidate the biological function of PtoPIF3.1/3.2 in SCW biosynthesis. Next, we will perform transcriptome sequencing analyses to predict downstream gene regulatory pathways of PtoPIF3.1/3.2, and to identify direct target genes using yeast-one-hybrid assays. Further, electrophoretic mobility shift assays (EMSA), chromatin immunoprecipitation (ChIP)-qPCR, Effector-Reporter assays and genetic complementation experiments will be performed to verify the regulatory relationship between PtoPIF3.1/3.2 and putative target genes, consequently elucidating the molecular mechanisms for light-mediated regulation of SCW formation. Anticipated research results may provide novel insights and theoretical basis for the cultivation and improvement of new tree varieties.
光不仅为植物光合作用提供能量,而且是调节植物生长发育的重要信号。在密闭度较高的天然林或人工林中,邻近植物选择性吸收红光 (R)并反射远红光 (FR),导致植株感知遮荫信号(低R/FR比例)并产生一系列生理和生长反应,包括茎和叶柄伸长、叶片向上生长和分枝发育受阻(称作避荫反应症,SAS),SAS在一年生草本和多年生木本植物中表现一致。树木的次生木质部是木材生产的生物学基础,其形成依赖于维管形成层细胞的增殖和分化活性。然而,遮荫如何调控树木避荫反应、木质部发育和次生壁合成的分子机制仍不清楚。本项目取得的重要结果和关键数据包括:(1)光敏色素PtoPHYB1/2在抑制杨树避荫反应方面发挥着保守作用;(2)系统解析了毛白杨8个 PtoPIF 基因的功能,发现敲除PtoPIFs 在不同程度上减弱杨树的避荫反应,而超表达PtoPIFs(特别是PtoPIF3.1/PtoPIF3.2)导致组成型避荫反应表型;(3)揭示PtoPIF3s通过直接激活PtoYUC8启动子驱动生长素生物合成,证实PIF-YUC-auxin通路在茎伸长中的保守性;(4)与项目初期的研究假说相反,PtoPIF3.1和PtoPIF3.2超表达植株与WT相比,木质部细胞增多、次生壁增厚,而敲除PtoPIF3.1 或PtoPIF3.2造成相反的表型,表明PtoPIF3s具有双重调控功能,突破传统PIFs抑制次生生长和细胞壁合成的认知;(5)生长素合成突变体Ptoyuc8与Ptopif3敲除株的表型相似,以及遗传互补实验证实PtoPIF3-PtoYUC8-auxin通路协同调控杨树伸长与增粗生长;(6)PtoPIF3.1/3.2直接结合细胞扩张基因PtoEXPA1.1和PtoEXPA1.2的启动子并促进其表达,可能通过PtoPIF3-PtoEXPA1通路促进细胞扩张和茎干伸长。总体而言,本研究为研究杨树 PtoPIF 家族成员在调节SAS方面中的功能协同与差异提供了见解,而遮荫抑制木质部发育和次生壁合成的调控网络有待进一步的阐明。本项目聚焦解析了PtoPIF3s转录因子在调控杨树避荫反应和次生发育中的功能,为协调茎的纵向伸长与径向增粗的分子机制提供了新的见解,为木本植物适应性生长研究提供了新范式。
杨树SPL转录因子介导林分密度调控维管形成层活性的机理研究
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批准号:32371903
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:魏洪彬
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依托单位:
光敏色素互作因子PIFs调控杨树维管形成层活动周期的研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:魏洪彬
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依托单位:
国内基金
海外基金