研究發現調控楊樹生長發育及耐鹽性的轉錄因子

　　近日，山西農業大學林學院林木分子遺傳育種創新工作室在《經濟作物和產品》（Industrial Crops and Products）接連發表了兩項研究成果。研究發現，熱休克因子PagHSF4和乙烯響應因子ERF194，在介導楊樹發育過程、環境脅迫適應等方面發揮著重要作用。

　　植物由于自身生長的固著性，在長期適應性進化的過程中逐漸形成了復雜的基因調控網絡，用于精細調節自身的生長發育及脅迫應答過程。植物的基因調控網絡涉及到多層次的調控機制，包括轉錄因子、miRNA分子、激素信號傳導等，這些調控因子相互作用，形成了復雜的調控回路，以確保植物能夠在多變的環境中生存和繁衍。

　　其中，轉錄因子作為植物中重要的調節蛋白，可以通過與下游靶基因啟動子上的順式作用元件識別、結合進而激活/抑制其表達，或與蛋白質互作協同發揮其調控功能，在植物生長發育、脅迫應答、次生代謝等重要生命活動中發揮關鍵作用。

　　熱休克因子（HSF）和乙烯響應因子（ERF）作為植物轉錄因子家族的重要組成部分，在介導植物發育過程、環境脅迫適應等方面發揮著重要作用。

　　研究表明，在楊樹中過表達熱休克因子PagHSF4，會導致植株發生顯著的表型變化，包括高生長受阻、生物量積累減少、莖節間數減少、莖直徑增加、葉片卷曲增強、葉面積增大、葉細胞數量增加、葉柄伸長、氣孔關閉以及耐鹽性下降。

　　而PagHSF4抑制表達時，楊樹植株除氣孔開度增加外，與對照間沒有顯著表型差異，這說明PagHSF4基因可能存在部分功能冗余。

　　進一步分析表明，PagHSF4通過調節多個關鍵下游靶基因表達，上調茉莉酸生物合成通路關鍵酶基因表達，從而增加茉莉酸生物合成，并介導植物激素信號轉導通路來實現其功能。這些發現加深了對林木熱休克因子HSF作用的理解，特別是在植物激素生物合成和信號轉導機制方面。

　　自然環境條件下的田間栽培對比實驗結果表明，盡管過表達乙烯響應因子ERF194基因抑制了楊樹葉片大小的發育，但誘導其葉片增厚、變密，且表皮細胞數量增加。

　　進一步分析結果表明，ERF194對葉片發育的調控主要是通過調節淀粉和蔗糖代謝來實現，特別是通過誘導下游基因HKL1的表達，進而抑制代謝產物α,α-海藻糖和海藻糖-6-磷酸的生物合成。

　　此外，研究還初步鑒定了ERF194的上游調控基因。這些發現為全面闡明轉錄因子ERF194在調控楊樹生長發育，尤其是葉片發育中的功能提供了理論和實驗數據支持。

　　以上研究得到了農業生物育種國家科技重大專項、山西省基礎研究計劃項目、山西農業大學生物育種工程項目的聯合資助。