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杨树泛素受体PdDA1s介导泛素蛋白酶体途径调控木材形成的分子机制

批准号:
32071725
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
唐贤丰
依托单位:
学科分类:
木材物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐贤丰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
木材形成过程由若干个连续阶段组成,其中维管形成层细胞的活性对于木材形成至关重要,也是决定木材最终产量的关键因素。然而,尽管目前在维管形成层活性的转录调控研究方面取得了较大进展,但在蛋白翻译后水平的调控机制仍知之甚少。我们前期研究表明,杨树泛素受体DA1s负调控维管形成层细胞分裂与木质部分化,同时发现DA1s可以与维管形成层调控关键因子WOX4互作,进一步研究发现DA1s可能通过泛素化修饰的肽酶活性来影响WOX4蛋白的稳定性,继而影响维管形成层活性及木材形成。在此基础上,本项目将结合组学、生化及遗传分析手段,深入研究杨树DA1s的生物学功能,鉴定其可能的作用靶标,阐明DA1s通过泛素蛋白酶体途径影响WOX4蛋白稳定性调控木材形成的分子机制,这将进一步完善木材形成的分子调控网络,为今后木材形成调控机制的研究提供新颖的视角,也为利用基因工程手段定向遗传改良木材产量奠定基础。
英文摘要
Wood formation consists of several consecutive stages, among them, the vascular cambium activity is critical and is the key factor to determine the final wood yield. However, although great progress has been made in the study of transcriptional regulation of vascular cambium activity, little is known about the regulatory mechanism at the post translation level. Our previous studies showed that poplar ubiquitin receptor DA1s negatively regulated vascular cambium cell division and xylem differentation. It was also showed that DA1s interacted with WOX4, a key regulator of vascular cambium. Further studies showed that DA1s may affect the stability of WOX4 protein through the ubiquitination-dependent modification of the peptidase activity, which in turn affected vascular cambium activity and wood formation. Based on this, combining the methods of omics, biochemistry and genetic analyses, this project will deeply study the biological function of poplar DA1s genes, identify its possible targets, and clarify the molecular mechanism that DA1s affect the stability of WOX4 protein through the ubiquitin proteasome pathway during wood formation. This will further improve the molecular regulatory network of wood formation, provide a new perspective for the future research on the regulation mechanism of wood formation, and also provide the theoretical basis for genetic engineering of wood yield in tree species.
木材形成过程中,木质部细胞来源于维管形成层干细胞的分裂和分化。因此,维管形成层细胞的发生与活力保持至关重要,是决定木材产量和品质的关键,而形成层活性的维持受多种因素调控,激素、短程肽信号及多种转录因子都可以在转录水平上影响形成层活性。WOX4作为形成层活性调控的枢纽,能够响应生长素在内的多种激素以及小肽信号,进而参与形成层活性的维持。到目前为止,有关维管形成层细胞活性调控的研究大部分集中在转录水平,而转录后水平的调控途径知之甚少。. 在前期研究中我们鉴定到一个杨树蛋白模块PagC3H17-MYB199双重调控木质部发育。对上述转基因植株的RNA-Seq分析筛选到一个表达显著差异的PagDA1基因,进一步分析表明PagDA1可以负调控形成层活性。通过酵母双杂交筛库筛选到一个关键的WOX4蛋白,组织表达及蛋白互作实验表明PagDA1与PagWOX4蛋白在形成层区域互作,而遗传分析显示PagWOX4在PagDA1的下游发挥重要功能。进一步发现PagDA1可以影响PagWOX4的稳定性。酵母双杂筛选结果中鉴定到一个蛋白PagDA2,它能够与PagDA1互作,并可以在体外体内泛素化PagDA1。结合PagDA1转基因植株中PagWOX4蛋白的积累与PagDA1的泛素化程度,表明PagDA1对PagWOX4蛋白稳定性的调控部分依赖于PagDA2对其进行的泛素化修饰。本研究首次从转录后水平鉴定到一个蛋白复合体DA1-WOX4,泛素受体蛋白DA1通过依赖泛素化修饰影响关键转录因子WOX4蛋白的稳定性,进一步影响维管形成层细胞分裂及木质部分化。本研究揭示了蛋白酶体途径调控杨树形成层活性的新机制,为转录后途径参与调控木材形成的研究开辟新的思路。. 此外,我们通过对上述PdDA1基因的研究基础,利用蛋白质组学分析发现了一个显著变化的RNA结合蛋白GRP1,PdGRP1能够结合BR合成基因PdCPD1的3’UTR区富含GU的元件并介导其降解,进而调控BR的合成来影响杨树木材的发育。同时,我们对PdDA1基因编辑植株的实际应用进行检验,发现大田生长的PdDA1基因编辑植株在木材生物量以及糖化效率等方面有大幅度提升,证明PdDA1基因是将来培育优质高产杨树品种的优良备选基因靶标,为林木遗传育种研究提供重要理论依据。
杨树PagSIZ1a-WOX14响应光周期变化调控维管形成层活性的分子机制
  • 批准号:
    32572005
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    唐贤丰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金