作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/15 11:21:49
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研究揭示杨树叶片变大机制

 

多倍体植株通常表现为更大直径、更高高度、更大叶面积和更高生物量积累。在一些物种中已经表明其生长优势中,较大的叶片是最突出的特征。三倍体和四倍体都显示出比同类二倍体更大的叶片,这意味着倍性是多倍体叶片面积更大的主要原因。

近日,北京林业大学教授康向阳、美国密西根理工大学教授卫海荣作为通讯作者在《新植物学家》发表论文,揭示了生长调节因子5(GRF5)介导的基因调控网络促进杨树叶片的生长和扩展。

三倍体杨树最稳定、最显著的生长优势之一是叶片较大。研究者发现,三倍体杨树叶片平均大小比二倍体杨树叶片大63.02%。研究者从三倍体和二倍体杨树两个转录组数据中筛选差异表达基因(DEG),并进行DEG分析。分析结果显示,PpnGRF5和PpnCKX1的表达量发生了明显变化。

组织水平表达结果显示,杨树三倍体与二倍体相比,PpnGRF5-1在三倍体的顶芽和幼叶中表达量特别高。在二倍体杨树中,PpnGRF5-1过表达转基因株系叶片较大,与三倍体相似。利用酵母单杂交系统,电泳迁移率迁移测定和双荧光素酶测定结果证实,PpnGRF5-1直接调节PpnCKX1。PpnGRF5-1抑制PpnCKX1的表达,导致细胞分裂素的积累,促进叶片发育过程中增殖和形成细胞的分生潜能。

研究者随后将DEG结果结合DAP-seq实验获得的靶基因关系进行整合,GGM算法推导出PpnGRF5-1介导ML-hGRN发挥作用。前人研究报道,ML-hGRN中的一些关键的转录因子参与了分生组织的起始和维护、边界规范和叶的发育。这说明PpnGRF5-1介导的ML-hGRN参与了叶片的生长发育,导致叶片变大。

综上所述,在三倍体杨树中,PpnGRF5-1的表达明显增强,叶片明显变大。这说明在杨树叶片发育过程中,PpnGRF5-1具有控制叶片发育过程发挥重要作用。

相关论文信息:https://doi.org/10.1111/nph.17179

 
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