木材是多年生木本植物的主要儲能組織，不僅為人類提供多樣化的木材產品，而且是陸地上最大的碳庫，具有重要的生態意義。相對于糧食作物，木本植物特別是木材形成機制尚不清楚，這極大地限制了林木分子育種研究的進展。中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員周功克帶領的資源植物與環境工程研究組前期系統研究了木本模式植物——楊樹的一類CCCH鋅指蛋白，對其91個成員的進化趨同性做了注釋，篩選并獲得兩個可能參與木材形成的同源基因PdC3H17和PdC3H18（Chai et al., 2012），遺傳生化證據表明這兩個基因是木材第二層調控樞紐PdMYB3和PdMYB21的靶基因，在楊樹中正調控木質部形成和次生細胞壁增厚，且在擬南芥中功能保守（Chai et al., 2014）。
為了構建楊樹PdC3H17介導的木材調控網絡，研究人員創建了木材特異的酵母文庫，利用酵母雙雜交技術鑒定了PdC3H17的互作蛋白PdMYB199，大量遺傳生化證據證實這兩個基因以功能模塊的形式在木材形成中起作用。這兩個蛋白除了物理互作以外，還存在上下游調控關系，PdC3H17直接抑制PdMYB199表達。在生物學功能上，兩個基因都能調控形成層數目、木材積累，但功能相反。有意思的是，生長素能夠在形成層區域促進這個功能模塊雙重調控木材形成（如圖）。這項研究揭示了木材形成的復雜性，為林木分子育種提供了重要的理論指導。相關研究近日以Dual regulation of xylem formation by an auxin-mediated PaC3H17-PaMYB199 module in Populus.為題發表在New Phytologist上。
該研究組助理研究員唐賢豐為論文第一作者，周功克和副研究員柴國華為論文共同通訊作者。該論文獲得“十三五”國家重點研發計劃、轉基因專項、國家自然科學基金等支持。
圖：生長素促進PaC3H17-PaMYB199雙重調控木材形成的模型
