我院罗克明教授研究组揭示杨树木质素单体合成的的表观调控机制

发布时间:2019-12-25 23:01:02     作者:    浏览次数: 次

20191217日,国际植物学著名刊物New Phytologist(新植物学家,IF7.3)在线发表了西南大学罗克明教授研究组题为MicroRNA6443-mediated regulation of FERULATE 5-HYDROXYLASE gene alters lignin composition and enhances saccharification in Populus tomentosa的研究论文。该研究揭示了microRNA6443通过转录后调控阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H表达,实现对杨树木材中木质素单体合成的精准调控。

杨树(Populus spp.)是世界范围内广泛种植的速生树种,是重要的造纸原料和建筑用材,同时也被列为生物能源产业的原料之一。然而,在杨树的开发利用中,需预处理去除木质素(Lignin),直接影响了其生产效率和成本。因此,揭示杨树体内木质素生物合成的调控机制,改变维管组织中木质素单体成分及含量,使其易于脱除,将有利于生产上更好地利用木质纤维,具有重大的科学意义和产业前景。木质素的合成受到多重遗传发育程序和外界环境因素的共同调控。然而,木质素合成调控的分子机制还有待进一步探索。

罗克明课题组长期致力于解析杨树木质素合成调控的分子机制。本文中,课题组在杨树中鉴定到了一个特有的小RNA——microRNA6443,该microR6443能够识别和靶向阿魏酸-5-羟基化酶基因F5H的转录本,而F5H是木质素单体生物合成的一个关键基因。作者的研究显示,microR6443在杨树的茎中特异表达,通过介导其转录本的降解来抑制F5H,调控了木质素单体的合成并影响了木材中木质素的组分构成。在降低内源microR6443水平的转基因杨树中,S-木质素的含量显著上调,而G-木质素的含量下调,总木质素含量基本不变。而在microR6443超量表达的转基因杨树中,木质素单体的合成变化则刚好相反。进一步的木材降解实验证明,通过改变miR6443水平可以提高杨树木材被分解提取纤维素和产生单糖的效率。

上述研究结果表明microR6443在转录后水平特异地精细调控杨树F5H的表达量,从而精准控制木质素单体的生物学合成比例。该研究为利用现代生物技术改良杨树品系,从而提高木材降解及转化生物能源的效率提供了一个新的策略 

该论文西南大学为唯一通讯单位,罗克明研究组的范迪博士和李超锋博士为该论文的共同第一作者,罗克明教授为该论文的通讯作者。该研究得到国家重点研发专项、国家自然基金委等项目的资助。(范迪供稿)