细胞色素P450基因CYP94B1调控根系木栓质沉积及耐盐性的机制

来源：植物生物学

土壤盐渍化的逐步加剧对全球粮食生产产生严重威胁，因此必须了解植物的耐盐机制以满足人口增长下的粮食需求。红树林植物比如海榄雌（Avicennia officinalis）已经进化出各种适应性变化以在高盐度条件下生存，其中最重要的变化是其根部内胚层和外皮中的质外体“屏障”以发挥对钠离子的超滤作用[1]。这种“屏障”主要由凯氏带和木栓质薄层（suberin lamellae）组成，其中凯氏带主要由木质素组成而木栓质薄层由木栓质和木质素沉积组成。木栓质是一种以甘油酯-酚类为基本单元的生物聚酯,包含聚脂肪族和聚芳香族两个结构域。其生物合成是一个涉及到延伸酶、羟化酶和过氧化物酶的复杂过程，并且细胞色素P450（CYP）的CYP86和CYP94亚家族已经被报道在木栓质脂肪族成分的ω-羟基化中发挥重要作用[2-3]。但是目前关于其调控木栓质生物合成的分子机制尚不清楚。 2020年9月，新加坡National University of Singapore的Prakash P Kumar课题组在Plant Physiology 在线发表了一篇题为Regulation of a cytochrome P450 gene CYP94B1 byWRKY33 transcription factor controls apoplastic barrier formation in roots to confer salt tolerance的研究论文，在拟南芥和水稻中揭示了CYP94B1对根系质外体屏障形成的分子调控机制。该研究首先鉴定了海榄雌中的CYP94B亚族的AoCYP94B1及其在拟南芥中的直系同源基因AtCYP94B1并对其进行了功能表征，发现它们都是由盐诱导形成的。该研究通过将AoCYP94B1在atcyp94b1突变体拟南芥以及野生型水稻中异源表达，发现根系的木栓质沉积增加而植物的耐盐能力增强。该研究还通过组织化学染色和GC-MS/ MS定量发现atcyp94b1突变体中木栓质沉积显著减少，进一步证明了CYP94B1在木栓质生物合成中的作用。该研究通过染色质免疫沉淀、酵母单杂和荧光素酶测定结果，发现AtCYP94B1受到AtWRKY33的调节。此外，该研究发现atwrky33突变体表现出木栓质沉积减少和盐敏感性表型，而在atwrky33中表达35S :: AtCYP94B1可以恢复对木栓质沉积和耐盐表型，这表明AtWRKY33是拟南芥中AtCYP94B1的上游调节因子。AtWRKY33 regulates apoplasticbarrier formation via AtCYP94B1 总之，该研究表明WRKY33转录因子通过对CYP94B1的调控，影响木栓质沉积并介导拟南芥耐盐的机制。该研究结果对耐盐作物育种以及工程化提供了新思路。 

参考文献：

[1]Krishnam urthy P, Jyothi-Prakash PA , Qin L, He J, Lin Q, Loh CS, Kum ar PP (2014) Role of root hydrophobic barriers in salt exclusion of a m angrove plant A vicenniaofficinalis. Plant, Cell and Environm ent 37: 1656-1671[2]Franke R, Hofer R, Briesen I, Em serm ann M, Efrem ova N,Yephrem ov A , Schreiber L (2009) The DA ISY gene from A rabidopsis encodes a fatty acid elongase condensing enzy m e involved inthe biosy nthesis of aliphatic suberin in roots and the chalaza-m icropy leregion of seeds. Plant Journal 57: 80-95[3]Bruckhoff V, Haroth S, Feussner K, Konig S, Brodhun F,Feussner I (2016) Functional characterization of CYP94-genes and identificationof a novel jasm onate catabolite in flowers. PLoS One 11: e0159875, doi:10.1371/journal.pone.0159875原文链接：http://www.plantphysiol.org/content/early/2020/09/14/pp.20.01054