研究发现调控杨树生长发育及耐盐性的转录因子

　　近日，山西农业大学林学院林木分子遗传育种创新工作室在《经济作物和产品》（Industrial Crops and Products）接连发表了两项研究成果。研究发现，热休克因子PagHSF4和乙烯响应因子ERF194，在介导杨树发育过程、环境胁迫适应等方面发挥着重要作用。

　　植物由于自身生长的固着性，在长期适应性进化的过程中逐渐形成了复杂的基因调控网络，用于精细调节自身的生长发育及胁迫应答过程。植物的基因调控网络涉及到多层次的调控机制，包括转录因子、miRNA分子、激素信号传导等，这些调控因子相互作用，形成了复杂的调控回路，以确保植物能够在多变的环境中生存和繁衍。

　　其中，转录因子作为植物中重要的调节蛋白，可以通过与下游靶基因启动子上的顺式作用元件识别、结合进而激活/抑制其表达，或与蛋白质互作协同发挥其调控功能，在植物生长发育、胁迫应答、次生代谢等重要生命活动中发挥关键作用。

　　热休克因子（HSF）和乙烯响应因子（ERF）作为植物转录因子家族的重要组成部分，在介导植物发育过程、环境胁迫适应等方面发挥着重要作用。

　　研究表明，在杨树中过表达热休克因子PagHSF4，会导致植株发生显著的表型变化，包括高生长受阻、生物量积累减少、茎节间数减少、茎直径增加、叶片卷曲增强、叶面积增大、叶细胞数量增加、叶柄伸长、气孔关闭以及耐盐性下降。

　　而PagHSF4抑制表达时，杨树植株除气孔开度增加外，与对照间没有显著表型差异，这说明PagHSF4基因可能存在部分功能冗余。

　　进一步分析表明，PagHSF4通过调节多个关键下游靶基因表达，上调茉莉酸生物合成通路关键酶基因表达，从而增加茉莉酸生物合成，并介导植物激素信号转导通路来实现其功能。这些发现加深了对林木热休克因子HSF作用的理解，特别是在植物激素生物合成和信号转导机制方面。

　　自然环境条件下的田间栽培对比实验结果表明，尽管过表达乙烯响应因子ERF194基因抑制了杨树叶片大小的发育，但诱导其叶片增厚、变密，且表皮细胞数量增加。

　　进一步分析结果表明，ERF194对叶片发育的调控主要是通过调节淀粉和蔗糖代谢来实现，特别是通过诱导下游基因HKL1的表达，进而抑制代谢产物α,α-海藻糖和海藻糖-6-磷酸的生物合成。

　　此外，研究还初步鉴定了ERF194的上游调控基因。这些发现为全面阐明转录因子ERF194在调控杨树生长发育，尤其是叶片发育中的功能提供了理论和实验数据支持。

　　以上研究得到了农业生物育种国家科技重大专项、山西省基础研究计划项目、山西农业大学生物育种工程项目的联合资助。