【摘 要】
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Dof基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物的许多生物过程中发挥着重要作用。OBP1是Dof家族D2亚族成员,前期实验发现OBP1在草本植物次生细胞壁形成过程中有生物学功能。本研究通过对毛果杨Dof基因家族生物信息学分析和RNA-Seq数据分析,选出与At OBP1同源的Ptr OBP1基因作为研究对象,对其基本特性、次生细胞壁（secondary cell wall,SCW）形成中的生物学功能
【基金项目】
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国家自然科学基金（31770640）； 中国林业科学研究院林木遗传育种国家重点实验室自立专项（CAFYBB2018ZY001-5）；
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Dof基因家族是植物特有的一类转录因子,在植物的许多生物过程中发挥着重要作用。OBP1是Dof家族D2亚族成员,前期实验发现OBP1在草本植物次生细胞壁形成过程中有生物学功能。本研究通过对毛果杨Dof基因家族生物信息学分析和RNA-Seq数据分析,选出与At OBP1同源的Ptr OBP1基因作为研究对象,对其基本特性、次生细胞壁（secondary cell wall,SCW）形成中的生物学功能及分子机制进行解析,主要研究结果如下:（1）经过生物信息学分析,鉴定出45个毛果杨Dof家族成员,可分为8个小亚族,不均等分布于毛果杨19条染色体上。RNA-Seq和q RT-PCR结果表明18个Dof家族成员在毛果杨茎部发育过程中存在差异性表达,其中Ptr OBP1在木质部表达水平最高。（2）PtrOBP1蛋白定位于细胞核中,且具有转录自激活活性,其转录激活结构域在蛋白质的C端,能够特异性的识别AAAAGG-motif、SNBE和SMRE三种元件。（3）通过毛果杨的遗传转化获得了20个p ROKII-Ptr OBP1过量表达转基因株系和21个p ROKII-Ptr OBP1-RNAi抑制表达转基因株系。通过转基因杨树生长表型和次生性状分析发现,过量表达Ptr OBP1一方面可以通过提高木质素含量,降低半纤维素含量,使得次生细胞壁加厚,另一方面,可以通过抑制纤维细胞的伸长导致植株矮小。（4）通过转录组测序,从过量表达Ptr OBP1转基因杨树中鉴定出3 592个差异表达基因,其中包含373个转录因子,分属MYB、WRKY、ERF等39个转录因子家族。通过进一步分析,鉴定出14个Ptr OBP1可能调控的与次生细胞壁形成相关的下游靶基因,包括次生细胞壁生物合成有关基因（Ptr PAL4、Ptr CAld5H2、Ptr GT8F和Ptr GT47C）,赤霉素生物合成有关基因（Ptr GA2ox A、Ptr GA20ox2A和Ptr GA20ox2B）和转录因子（Ptr ERF110、Ptr LBD30、Ptr MYB108、Ptr SND1-A1、Ptr SND1-B2、Ptr MYB152和Ptr MYB156）。（5）酵母单杂交和染色体免疫共沉淀结果显示Ptr OBP1蛋白可以通过特异性识别AAAAGG-motif、SNBE和SMRE三种顺式作用元件,与预测的14个靶基因的启动子序列相结合,调控下游靶基因的表达。效应载体与报告载体共转化和毛果杨雌二醇诱导实验结果验证了Ptr OBP1与14个下游靶基因间的调控关系。Ptr OBP1基因可以激活Ptr PAL4、Ptr CAld5H2、Ptr GA2ox A、Ptr ERF110、Ptr MYB108、Ptr SND1-B2和Ptr MYB152基因的表达,抑制Ptr GT8F、Ptr GT47C、Ptr GA20ox2A、Ptr GA20ox2B、Ptr LBD30、Ptr SND1-A1和Ptr MYB156基因的表达。综上所述,提出了PtrOBP1分子调控机制模型。Ptr OBP1基因调控毛果杨SCW形成的分子机制总结如下。第一方面,Ptr OBP1基因可以直接调控SCW生物合成有关基因来影响次生细胞壁的形成,最终导致次生细胞壁加厚,限制细胞膨胀,造成植株矮化;第二方面,Ptr OBP1基因可以通过调控与SCW形成有关的转录因子来影响次生细胞壁的形成;第三方面,Ptr OBP1基因可以通过调控赤霉素生物合成有关基因来影响次生细胞壁的形成和纤维细胞的伸长。本研究鉴定出了一个重要的参与毛果杨次生细胞壁形成的转录因子,并初步解析了其分子机制。本研究的完成对通过基因工程改善树木木材质量具有重要意义。
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