近日，生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授康向陽(yáng)團隊在《Horticulture Research》（中科院一區，IF ="8.7）上發(fā)表了題為“Spatiotemporal" miRNA and transcriptomic network dynamically regulate the developmental and senescence processes of poplar leaves”的研究論文。
楊樹(shù)是世界上重要的速生用材樹(shù)種，也是常見(jiàn)的景觀(guān)植物，廣泛應用于林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設和森林工業(yè)原料林培育等領(lǐng)域。楊樹(shù)碳固定和生物量積累取決于其葉片光合碳同化能力及其維持時(shí)間，而景觀(guān)變化同樣與葉片生命周期活動(dòng)密切相關(guān)。伴隨著(zhù)葉片發(fā)育從幼嫩到成熟、衰老，其細胞內的基因表達也必然呈現相應的規律性變化。開(kāi)展楊樹(shù)葉片發(fā)生發(fā)育過(guò)程中的基因表達規律及其核心調控因子研究，對于解析楊樹(shù)葉片生長(cháng)發(fā)育調控機制以及分子設計育種等具有重要的意義。
圖1 楊樹(shù)葉片不同發(fā)育時(shí)期表達及功能富集分析
該研究在楊樹(shù)葉片高通量測序的基礎上，首先采用主成分分析將楊樹(shù)不同葉位葉片劃分為幼嫩到成熟（Y-M）、成熟到衰老（M-S）兩個(gè)階段，進(jìn)而通過(guò)基因表達聚類(lèi)分析將楊樹(shù)葉片發(fā)生發(fā)育過(guò)程細分為5個(gè)時(shí)期，即幼齡葉細胞發(fā)生及功能分化時(shí)期，幼齡葉發(fā)育和光合能力初步形成時(shí)期，功能葉光合能力最強時(shí)期、功能葉光合能力下降時(shí)期、衰老葉時(shí)期（圖1）。進(jìn)而基于共表達網(wǎng)絡(luò )分析，解析出楊樹(shù)葉片生長(cháng)發(fā)育乃至成熟到衰老過(guò)程中的關(guān)鍵調控因子，包括在葉片發(fā)育前期高表達，且隨葉片發(fā)育表達量逐漸下降的轉錄因子KNAT7，miR396的靶基因GRF9、GRF12，miR319和miR159的靶基因TCP4等，具有促進(jìn)葉片形態(tài)建成和生長(cháng)發(fā)育的作用；以及在葉片發(fā)育前期低表達，且隨葉片發(fā)育表達量逐漸上升的轉錄因子MYB5、LRL3及miR399與miR156的靶基因WRKY23、SPL4等，具有參與調控葉細胞衰老、葉綠素降解等作用（圖2）。本結果為探究葉片發(fā)育轉錄調控生物學(xué)基礎，也為基于分子設計育種延緩葉片衰老、提高葉片光合速率、延長(cháng)葉片高光合時(shí)期等提供了新的探索方向。
圖2 核心miRNA和轉錄因子調控楊樹(shù)葉片發(fā)育模式圖
北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后杜康為論文第一作者，康向陽(yáng)教授為本研究通訊作者，北京林業(yè)大學(xué)博士研究生江慎秀，陳浩，夏宇飛等參與了相關(guān)研究工作。相關(guān)研究成果屬于“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題“林木三倍體高效誘導技術(shù)研究（2021YFD2200105）”的主要內容。
