高粱木质素单体合成反馈调节途径基因SbMyb1的功能分析

Learning the regulation process of sorghum lignin monomer biosynthesis is important to understand the lignin biosynthesis of C4 crops and improve sorghum forage quality traits. It was found in our previous research that SbMyb1, a transcriptional factor, is a key regulation gene in the feedback pathway of lignin monomer biosynthesis in sorghum bmr-6 and bmr-12 mutants. Therefore, understanding the biological function of the SbMyb1 gene is important for the application of bmr-6 and bmr-12 in sorghum forage quality breeding. In the research, the molecular properties of SbMyb1 will be studied by analyzing the temporal expression and subcellular localization of SbMYB1 and employing the electrophoresis mobility shift assay (EMSA). To evaluate the breeding value of SbMyb1, the phenotypic traits of transgenic plants will be investigated. Transgenic plants will be constructed by overexpressing SbMyb1 or knocking SbMyb1 out. The expression profile of the transgenic plants with SbMyb1 overexpressed will be analyzed to identify the regulation network of the SbMyb1 gene. Our research will elucidate the role of the SbMyb1 gene in the feedback pathway of sorghum lignin monomer biosynthesis and its value in sorghum forage breeding.

高粱木质素单体合成与调控的研究对于阐明C4作物的木质素生物合成及其饲用品质育种改良具有重要作用。前期研究表明高粱褐色中脉突变体bmr-6和bmr-12中存在木质素单体合成反馈调节途径，而SbMyb1在此途径中起关键作用。因此，深入研究SbMyb1基因功能对bmr-6和bmr-12在高粱饲用品质育种改良中的利用具有重要意义。本研究将通过时空表达、亚细胞定位、EMSA等试验研究SbMyb1的转录因子特性；构建SbMyb1基因过表达与敲除的转基因植株，并进行表型与育种利用评价；通过SbMyb1过表达植株表达谱分析其调控网络，最终阐明SbMyb1基因在高粱木质素单体合成中的反馈调节作用及其在高粱饲用育种中的应用价值。

高粱木质素单体调控过程的研究对于了解C4作物的木质素合成与饲用品质育种改良具有重要作用。本课题组前期通过试验证实SbMyb1转录因子在高粱bmr-6和bmr-12木质素单体合成反馈调节途径中具有关键作用。本项目在此基础上，对高粱SbMyb1基因在高粱木质素单体合成中的功能进行解析。SbMyb1基因在根、叶、中脉、茎和穗中都有表达，但在木质素含量较高的茎和中脉中的表达量明显高于其它组织。SbMYB1的亚细胞定位表明，它执行功能的部位在细胞核中，这与它的转录因子特性相符。转录激活实验则表明，它无激活作用。选择木质素单体合成中的5个重要酶基因的AC启动子区与SbMYB1蛋白进行EMSA实验。不管是AC-I型还是AC-II型启动子都能与SbMYB1的蛋白相结合。因此，SbMyb1基因能够直接调控木质素单体合成中的酶基因。将SbMyb1基因的过表达植株与对照进行表型分析，SbMyb1过表达植株的饲用产量性状与对照差异不显著，中性洗涤纤维含量显著高于对照，而酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素与对照差异不显著。因此，这表明SbMyb1基因过表达不能使植株中木质素含量显著增加。这可能是由于木质素的合成受多个基因调控, SbMyb1基因过表达的效应被其它调控基因所抵消。但SbMyb1基因的过表达能使纤维素含量显著增加，这说明它能够调控纤维素的合成。MYB转录因子往往调控植物的多个生理生化过程，如植物的生长发育、花青素合成等。因此，对SbMyb1过表达植株和对照进行表达谱分析。结果表明，SbMyb1与对照间共有852个基因表达水平有显著差异，其中212个基因表达下调，640个基因表达上调，这些基因可以归为132个生理途径。其中在木质素生物合成途径中有6个关键酶基因的表达上调。综合EMSA、表达谱和过表达转基因植株的结果来看，SbMyb1基因应该能够直接调控木质素单体合成基因的表达，同时它也能调控纤维素的合成。本研究对于高粱饲用品质性状的改良和分子育种具有重要的意义和价值。