科技日報記者 王健高 通訊員 劉佳 徐艷

1月26日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李勝軍帶領(lǐng)的能源植物改良與利用研究組在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）期刊在線發(fā)表了題為《DF1-GL2功能模塊調(diào)控I型鼠李半乳糖酸聚糖合成》（A DE1 BINDING FACTOR 1–GLABRA2 module regulates rhamnogalacturonan I biosynthesis in Arabidopsis seed coat mucilage）的研究論文，闡釋了轉(zhuǎn)錄因子DF1與GL2通過互作共同激活果膠合成酶基因MUM4與GATL5表達的分子機制，并深入解析了包括DF1、GL2與TTG2在內(nèi)的果膠合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

該所副研究員徐艷為論文第一作者，該所研究員胡瑞波與青島農(nóng)業(yè)大學(xué)教授孔英珍為論文通訊作者。

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周功克和李勝軍參與了研究工作。

記者了解到，果膠質(zhì)多糖是植物細(xì)胞壁的重要組分，不僅在植物生長發(fā)育、信號傳導(dǎo)和防御反應(yīng)等生理過程中發(fā)揮著重要作用，也與植物的生物量和纖維生物質(zhì)的酶解轉(zhuǎn)化效率密切相關(guān)。由于果膠的組成與結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，且長期以來缺乏理想的研究體系，使得果膠代謝調(diào)控方面的研究進展較為緩慢。目前雖已鑒定出多個參與果膠合成的關(guān)鍵基因，但有關(guān)果膠合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制仍不清楚。

MUM4與GATL5是已知的果膠合成酶基因，有研究表明MUM4與GATL5的表達受到多個轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，包括Homeobox轉(zhuǎn)錄因子GL2與WRKY轉(zhuǎn)錄因子TTG2等(Usadel et al., 2004; Western et al., 2004; Kong et al., 2013)。但這些轉(zhuǎn)錄因子與果膠合成酶基因之間是否存在直接的轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)系，還尚待解析。

在該研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)Trihelix家族轉(zhuǎn)錄因子DF1的缺失突變導(dǎo)致果膠質(zhì)多糖RG-I合成顯著減少。蛋白互作分析表明DF1與GL2互作。df1 gl2雙突變體呈現(xiàn)比單突變體更劇烈的RG-I合成缺陷表型。基因表達分析發(fā)現(xiàn)DF1與GL2共同調(diào)控MUM4與GATL5的表達。ChIP、EMSA、Y1H等實驗表明，DF1直接結(jié)合MUM4啟動子中的GT3 box元件，GL2直接結(jié)合MUM4與GATL5啟動子中的L1 box元件。通過一系列轉(zhuǎn)錄調(diào)控分析以及突變體背景的ChIP分析，研究者解析了DF1與GL2共同調(diào)控MUM4與GATL5表達的分子機制：DF1與MUM4啟動子中GT3 box的結(jié)合依賴于GL2與L1 box的結(jié)合，且DF1對GL2的轉(zhuǎn)錄激活活性有促進作用；類似地，雖然GATL5啟動子中不存在DF1的結(jié)合位點，但DF1通過與GL2互作結(jié)合GATL5啟動子，并增強GL2對GATL5的轉(zhuǎn)錄激活。

李勝軍介紹，該研究還發(fā)現(xiàn)DF1與GL2的表達均受到TTG2的直接調(diào)控，TTG2通過結(jié)合DF1與GL2啟動子中的W box元件從而抑制DF1的表達，激活GL2的表達。有趣的是，DF1亦能直接抑制TTG2的表達。因此，在轉(zhuǎn)錄水平上DF1與TTG2之間存在一個負(fù)反饋環(huán)。

徐艷、胡瑞波供圖

李勝軍表示，該研究系統(tǒng)深入地解析了果膠質(zhì)多糖RG-I合成的精細(xì)調(diào)控機制，并由此構(gòu)建了RG-I合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為今后植物果膠質(zhì)多糖的定向調(diào)控奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 細(xì)胞壁 果膠 多糖