杨树PdCDF2直接调控PdMYB199参与木材形成的分子机制

Forest is not only used for construction and paper making, but also as the main source of biomass energy. At present, the molecular regulation mechanism of wood formation is not very clear. Our previous study showed that PdC3H17, a key regulator for wood formation, negatively regulates the expression of PdMYB199. PdMYB199 negatively regulates xylem differentiation and cell wall thickening in stem. Through screening a yeast hybrid library of stem specific, we obtained a transcription factor, PdCDF2, which may regulate PdMYB199. On this basis, the project intends to investigate the physiological function of PdCDF2 in wood formation, determine whether PdCDF2 regulated PdMYB199 directly using EMSA and ChIP-qPCR, construct the molecular network of PdCDF2 and PdMYB199 regulating wood formation through identifing the common and specific downstream genes with microarray, elucidate the mechanism of PdCDF2 regulated wood formation coordinated with PdMYB199，which may provide theoretical guidance for directional improvement wood quality and yield with genetic engineering means.

林木不仅是板材和造纸工业等主要原料，而且也是纤维生物质能源的主要来源。目前关于木材形成的分子调控机制仍然不清楚。我们前期研究表明，杨树木材形成关键调控因子PdC3H17负调控一个MYB转录因子PdMYB199的表达，且PdMYB199负调控茎秆木质部的分化和细胞壁增厚。进一步筛选杨树木质部特异的酵母文库，获得一个可能调控PdMYB199的PdCDF2转录因子。在此基础上，本项目拟深入解析PdCDF2在木材形成中的生理功能，利用EMSA、ChIP-qPCR等技术明确PdCDF2是否直接调控PdMYB199，通过基因芯片等技术鉴定PdCDF2和 PdMYB199调控木材形成的共有和特异基因并构建其分子调控网络，阐明杨树PdCDF2和PdMYB199协同调控木材形成的分子机制，为利用基因工程手段定向遗传改良木材的产量和品质提供理论指导。

林木不仅是板材和造纸工业的主要原料，而且也是纤维生物质能源的主要来源。目前关于木材形成的分子调控机制仍然不清楚。研究组前期研究表明，杨树木材形成关键调控因子PdC3H17负调控一个MYB转录因子PdMYB199的表达，且PdMYB199负调控茎秆木质部的分化和细胞壁增厚。进一步筛选杨树木质部特异的酵母文库，获得一个可能调控PdMYB199的转录因子PdCDF2。通过对杨树基因组数据库的分析，我们发现PdCDF2在杨树中有两个转录本。通过酵母单杂、EMSA和ChIP实验证明PdCDF2的两个转录本均可以与MYB199的启动子结合。将PdCDF2的两个转录本分别在杨树中过表达或抑制其表达，发现分别过表达任一转录本，则杨树株高及地径生长受到抑制，而抑制其表达的株系则促进了杨树的生长，这与MYB199转基因株系的表型是一致的。在切片结果中，我们观察到地径生长受到影响的原因是木质部与韧皮部的宽度变化，但是有趣的是木质部细胞的细胞壁厚与细胞大小却未受影响。结合其他实验结果说明，在杨树中PdCDF2可以通过激活MYB199调控杨树的生长。除了对MYB199的作用，PdCDF2的两个转录本还可以相互调节，它们会互相抑制对方的转录。但是PdCDF2.1与PdCDF2.2之间却不是发生直接的相互作用，它们更多的是转录水平发挥作用，但是究竟通过直接调节间接调节，还需要更多的实验来证明。总之，我们部分构建了木材形成的分子调控网络，阐明杨树PdCDF2和PdMYB199协同调控木材形成的分子机制，为利用基因工程手段定向遗传改良木材的产量和品质提供了理论指导。