芬兰赫尔辛基大学揭示维管形成层发育的调控网络，助力发展生物质能

来源：植物生物学

原标题：Nature Plants：芬兰赫尔辛基大学揭示维管形成层发育的调控网络，助力发展生物质能

绿色植物利用叶绿素，通过光合作用把CO2和H2O转化为葡萄糖，并把光能储存在其中，然后进一步把葡萄糖聚合淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等构成植物本身的物质，也叫生物质。生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器，这些储存于有机物中的能量是人类发展所需能源的源泉和基础。维管形成层是一种植物侧生分生组织，起源于初级分生组织——即顶端分生组织（SAM）和根端分生组织（RAM），是木质生物质的主要生产者。已有研究表明，形成层的活性受到一些转录因子（TF）的调控，但是，相关转录因子功能缺失突变体的表型却相对变化不大，这突显出形成层活性的转录调控机制仍值得探究。

2019年10月8日，Nature Plants在线发表了芬兰赫尔辛基大学生物技术研究所（HiLIFE）Ykä Helariutta 教授团队题为“Transcriptional regulatory framework for vascular cambium development in Arabidopsis roots”的论文，该研究在转录因子调控网络研究方面取得突破，揭示了WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 4(WOX4)和PETAL LOSS(PTL)在形成层形成中的核心作用。

该研究利用pARR15::GFP标记形成层细胞，通过细胞分选，对3个不同发育阶段（procambium,developing cambium, cambium）的形成层细胞进行了转录组分析。随后，结合Meta分析和实验验证，鉴定到62个新的转录因子，参与形成层活性的调控。实验发现，当WOX4和KNOTTED-like from Arabidopsis thaliana 1 (KNAT1; also known as BREVIPEDICELLUS)同时被突变时，形成层活性几乎完全丧失，从而解释了形成层发育调控的遗传冗余。同时，还明确了WOX4、SHORT VEGETATIVE PHASE (SVP)和PTL等转录因子在形成层细胞增殖和木质部分化中的双重作用。通过基因工程改造，将形成层激活因子WOX4过表达，将抑制因子PTL敲除，结果增强了拟南芥的径向生长。

图1 拟南芥根形成层相关TFs的鉴定和验证。

本研究的遗传证据和基因表达数据表明，形成层的发育是由涉及大量TFs的复杂转录网络进行调控的。所以，通过基因工程优化这些转录因子的表达，比如使用组织特异性启动子，来增加生物量，尤其是木本植物的生物量，将是未来研究的挑战。 

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-019-0522-9