近日，北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院李國雷教授團隊在植物學(xué)頂級期刊New Phytologist （一區TOP，五年影響因子10.5）上發(fā)表了題為“Genomic basis of the distinct biosynthesis of β-glucogallin, a biochemical marker for hydrolysable tannin production, in three oak species”的研究論文，首次解析了栓皮櫟、槲櫟（ Q. aliena ）、槲樹(shù)（ Q. dentata ）殼斗中水解單寧含量差異的原因。

研究發(fā)現，栓皮櫟殼斗水解單寧含量高達17.6%，遠高于槲櫟、槲樹(shù)。為了解釋這一現象背后的原因，團隊首先組裝了栓皮櫟、槲櫟、槲樹(shù)三個(gè)高質(zhì)量參考基因組，Contig N50達到10Mb以上，LAI均在15左右，gap數量?jì)H84~128個(gè)。通過(guò)對三種櫟樹(shù)殼斗的代謝組進(jìn)行分析，鑒定出β-沒(méi)食子酰葡萄糖（β-glucogallin）是櫟樹(shù)殼斗水解單寧的代表性物質(zhì)，其含量與水解單寧含量相關(guān)性高達0.99。對比較基因組、代謝組、轉錄組進(jìn)行聯(lián)合分析，找到了調控β-沒(méi)食子酰葡萄糖和水解單寧合成的關(guān)鍵酶UGT84A13。體外酶活實(shí)驗證明了三種櫟樹(shù)UGT84A13均具有對沒(méi)食子酸的催化活性，而它們殼斗水解單寧含量的差異是由UGT84A13的表達差異造成。

對栓皮櫟不同器官的轉錄組數據進(jìn)行WGCNA和mfuzz分析，結合GO富集結果，篩選出了27個(gè)與 U  GT84A13 共表達的轉錄因子，其中14個(gè)與 U  GT84A13 的表達顯著(zhù)相關(guān)，8個(gè)membership大于0.8的轉錄因子中有7個(gè)屬于WRKY家族。雙熒光素酶實(shí)驗表明WRKY32和WRKY59能夠調控栓皮櫟 U  GT84A13 的表達，但不能調控槲櫟、槲樹(shù) U  GT84A13 的表達。同時(shí)發(fā)現栓皮櫟 U  GT84A13 啟動(dòng)子與槲櫟、槲樹(shù) U  GT84A13 啟動(dòng)子的差異較大，栓皮櫟 U  GT84A13 啟動(dòng)子中一段214bp的插入，引入了一個(gè)新的W-box元件（WRKY的結合位點(diǎn)）。利用酵母單雜和啟動(dòng)子刪減后的雙熒光素酶實(shí)驗，證明了WRKY32/59能夠結合在栓皮櫟這段插入片段上，并通過(guò)啟動(dòng)子上這段差異影響三種櫟樹(shù) U  GT84A13 表達。

據悉，單寧依據結構可分為水解單寧和縮合單寧兩大類(lèi)。水解單寧不僅能夠提高植物本身抗性，對于動(dòng)物來(lái)說(shuō)還具有抗菌消炎、促消化、防腹瀉等能力，并且因其容易水解，不會(huì )產(chǎn)生抗營(yíng)養作用，是良好的“天然抗生素”，大量應用于養殖業(yè)。栓皮櫟（ Q  uercus   variabilis ）等櫟樹(shù)殼斗富含水解單寧，在果實(shí)成熟后掉落在林地中容易收集，具有資源量大、采收成本低、對林分干擾小等優(yōu)點(diǎn)，利用殼斗提取水解單寧符合我國目前生態(tài)文明建設與林下經(jīng)濟發(fā)展需求。目前我國主要從殼斗中提取單寧制備栲膠用于鞣皮制革，將櫟樹(shù)殼斗作為水解單寧的提取原料能夠提高殼斗附加值，形成我國水解單寧特色替抗產(chǎn)業(yè)。

由于模式植物擬南芥、番茄、楊樹(shù)等主要含縮合單寧，因此人們對水解單寧合成機制關(guān)注較少，僅基本明確了水解單寧合成的酶促反應過(guò)程，其所受轉錄調控有待研究，不同樹(shù)種間水解單寧含量差異的原因尚不清楚。該研究從基因組、代謝組、轉錄組以及轉錄調控角度，首次揭示了不同種櫟樹(shù)殼斗中水解單寧合成差異的原因，豐富了水解單寧合成的調控網(wǎng)絡(luò )，為定向培育高水解單寧櫟樹(shù)提供了靶標。

林學(xué)院青年教師楊欽淞、博士生酈金今、中國農業(yè)大學(xué)博士后王妍為論文的共同第一作者，李國雷教授為論文的通訊作者。研究受到“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃重點(diǎn)專(zhuān)項（2021YFD2200302）、國家自然科學(xué)基金青年基金（32201544）以及中國博士后科學(xué)基金（2021M700451）等項目資助。