学术进展

New Phytol | 我院尹伟伦院士/夏新莉教授团队在杨树特有miRNA调控抗旱性作用机制研究获新进展

[发布日期：2024-03-26 点击数： ]

近日，林木遗传育种全国重点实验室、尊龙凯时人生就是博尹伟伦院士/夏新莉教授课题组在国际知名期刊New Phytologist（植物学一区，IF=10.15）发表题为“The miR6445-NAC029 module regulates drought tolerance by regulating the expression of glutathione S-transferase U23 and reactive oxygen species scavenging in Populus”的研究论文，揭示了miR6445-NAC029-GSTU23模块通过调节活性氧稳态在提高杨树抗旱性中的作用机制。

杨树（Populus spp.）是全世界重要的速生树种，在森林工业原料林培育及生态环境建设等等多个领域扮演着举足轻重的角色。尽管如此，杨树对水分的需求量极大，对干旱条件的敏感性成为了制约其人工林发展和生产效率提升的主要障碍。因此，对杨树在干旱胁迫下的特有应答机制进行深入的分子层面解析具有重要的理论意义与应用价值。

前期研究表明miR6445是杨树特异性miRNA，它可以靶向NAC (NAM、ATAF和CUC)家族基因，然而，在杨树中，miR6445和NAC基因相互作用的生物学功能尚不清楚。在这项研究中，作者发现了miR6445-NAC029调控模块参与杨树干旱胁迫响应中的作用。miR6445和NAC029都对干旱胁迫都有响应，但表现出不同的表达模式。基于短串联靶模拟物(STTM)诱导的基因沉默实验，证明了miR6445对杨树干旱胁迫耐受性有积极作用。接下来，作者在杨树中过表达及敲除NAC029，发现NAC029的过表达导致杨树干旱敏感性增加（图1），表现为干旱胁迫下植物萎蔫加剧、膜损伤加剧、脂质过氧化增加、保水能力降低和光合效率降低，活性氧含量增加。Crispr-NAC029则表现出相反的表型。

图1 NAC029负向调控杨树耐旱性

通过转录组学测序，作者发现了几种可能受NAC029调控的生物学过程，特别是超氧化物和活性氧代谢过程。进一步，研究发现NAC029可以通过直接靶向并抑制谷胱甘肽S-转移酶23（GSTU23）活性来调节活性氧稳态，从而在干旱胁迫中发挥作用（图2）。此外，GSTU23的过表达显著增强了杨树的抗旱性，表现为干旱胁迫下保持了更好的植株形态，减少了膜损伤，降低了脂质过氧化，改善了光合性能，增强了谷胱甘肽S-转移酶活性，降低了活性氧水平。

综上所述，这项研究揭示了一个杨树特有的miR6445-NAC029-GSTU23调控模块，它通过维持活性氧平衡对杨树的抗旱性至关重要，这一发现对杨树抗旱性遗传改良提供了新的分子靶点。

图2 miR6445/NAC029在正常条件和干旱胁迫下的功能调控模型

尊龙凯时人生就是博夏新莉教授为本论文的通讯作者，博士生牛梦雪、封丛华为论文共同第一作者。博士研究生张涵、鲍雨、刘殊菁、刘晓，已毕业博士生何方（现就职于四川农业大学）、苏艳艳（现就职于北京市农林科学院）参与了该研究工作。团队青年教师刘超助理研究员、王厚领副教授参与指导了该研究工作，中国工程院尹伟伦院士给予该工作总体指导。此项研究工作受到国家重点研发计划课题（2021YFD2200103）和国家自然科学基金（32001290, 31270656）项目的资助。