受乙烯诱导的ERF第七亚家族转录因子调控木质素合成的分子机理

Lignin, one of the most abundant terrestrial biopolymers, is indispensable for plant structure and defense. However, it also has a negative effect on pulp and paper industry, biomass utilization. Therefore, the suitable modifying lignin biosynthesis is one of the hotest topic in plant. At present, The regulation of lignin biosynthesis mainly focused on MYB family of transcription factors, and less reported on other transcription factors. Ethylene can stimulate wood formation by cambium cells, but how ethylene signal transduction regulate lignin.synthesis has not yet been reported. This project will focus on seventh Ethylene Response Factors (ERF-VII) family which induced by ethylene treatment in poplar. .The members of ERF-VII family from poplar will be studied by bioimformatic analysis, expression levels in poplar, localization, and expression in stress condition. then we will overexpress the target genes or/and inhabit by Chimeric expressor Gene-Silencing technology to analyze lignin component changes in transgenic poplar plants by FT-IR, GC-MS, and two-dimensional NMR. Furthermore, how ERF-VII regulating lignin biosynthesis will be analyzed through RNA-Seq, trans-activation analysis and Electrophoretic Mobile Shift Assay (EMSA). These studies will not only rich the regulatory of lignin biosynthesis pathways, but also provide the genetically engineering method to modify lignin material from upstream regulatory genes

木质素在林木生长发育中起到不可或缺的作用，但同时也给制浆造纸、生物质能源利用等带来不少负面影响。因此，合理调节植物体内木质素的生物合成是目前的研究热点。木质素合成关键酶基因的转录调控研究主要集中在MYB家族转录因子，而其它类转录因子报道很少。乙烯能够促进木材的形成，但乙烯信号转导怎样调控木质素的合成还没有报道。本项目将分析受乙烯诱导的ERF第七亚家族转录因子，通过生物信息学分析、组织器官表达、胁迫表达、基因定位等研究ERF-VII成员的生物学特性，再通过过量表达和转录因子抑制型技术对ERF-VII基因的进行转基因研究，通过FT-IR、GC-MS、二维核磁等分析转基因杨树木质素等细胞壁成分的变化，同时通过转录组测序、反式激活和凝胶滞留分析ERF-VII对木质素合成关键酶的调控。这些研究不仅可以丰富木质素合成的调控途径，还可以为我们从上游进行基因工程改良木质素材料提供理论支持。

木质素在林木生长发育中起到至关重要的作用，木质素合成关键酶基因的转录调控研究主要集中在MYB家族转录因子，而其它类转录因子报道很少。乙烯能够促进木材的形成，但乙烯信号转导怎样调控木质素的合成还没有报道。本项目研究了外源利用乙烯前体ACC对杨树和黄梁木等林木次生生长的影响，明确了ACC可以促进次生茎部增粗、木质部发育，尤其是S型木质素单体的比例增多，转录组学研究发现多个ERF-VII家族基因转录因子表达受到诱导；进一步分析了8个ERF-VII基因在植物体内的表达和受乙烯诱导情况，发现杨树中共有4个成员受乙烯诱导，其中ptERF18、ptERF39诱导效果最明显；杨树中过表达这几个相关的ERF转录因子，结果表明PtERF18、PtERF21、PtERF30等改变了杨树体中的S：G比例。在此基础上进一步对它的同源基因PtERF38进行了反式激活实验，发现PtERF38可以8.4倍激活C3’H基因，通过凝胶阻滞我们发现PtERF38可以结合在C3H启动子上，并且可能主要与ACCGAC结合，进而可能影响木质素的合成；在杨树体内敲除C3'H3，明显影响木质素的合成及细胞间的物质运输包括水分、激素、代谢物均受到了显著的抑制。另外我们还发现了其他转录因子如KNOXII家族基因与乙烯关联影响次生生长，KNAT3、KNAT5、KNAT7协调参与木质素单体的合成调控。利用单糖分析、核磁、电镜、近红外等仪器分析了不同植物半纤维素与木质化进程间的关系。这些研究不仅可以丰富乙烯参与次生生长及木质素合成的调控途径，还可以为我们从上游进行基因工程改良木质素材料提供理论支持。项目执行期间发表含标注的相关SCI文章11篇，先后在Renewable and Sustainable Energy Reviews、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Carbohydrate Polymers、Plant Journal、等期刊发表文章。有关ERF74基因过表达提高植物基础抗性获得发明专利授权，培养研究生4名。