杨树 14-3-3ɩ对木质部PCD的影响及应用

[目的]木材形成过程要经历形成层细胞增殖分化、木质部细胞扩张、次生细胞壁沉积、细胞程序化死亡(PCD)等多个生物学过程,其中 PCD 这一生物学过程需要核酸酶参与。前期研究发现杨树中 CaN(Ca2+-dependent DNase)参与木质部 PCD 过程,并且鉴定到 14-3-3ɩ 与 CaN1 互作。[方法]本研究以银腺杨(Populus alba×P.glandulosa)'84K'为研究对象,通过构建系统发育进化树对 14-3-3ɩ基因家族成员展开分析。利用GUS染色分析 14-3-3ɩ在不同组织中的表达模式,创制过表达和CRISPR-Cas9 基因编辑转基因杨树,对其进行生长表型株高、地径、节间数等测定,通过组织切片进行解剖结构分析 14-3-3ɩ对杨树次生生长的影响。[结果]对 Pag14-3-3ɩ::GUS 植株进行染色,发现 14-3-3ɩ在形成层和木质部附近均有表达。过表达 14-3-3ɩ 后,与 WT 相比,植株木质部加宽、株高变矮、总叶面积增加、地径和节间数目无明显变化,表明过表达 14-3-3ɩ对木质部发育有促进作用。将含有 14-3-3ɩ和CaN1 表达载体的菌液共注射烟草叶片探索其潜在关系,发现表达 14-3-3ɩ能延缓 CaN1 引发的 PCD 过程。对 14-3-3ɩ和CaN1 进行亚细胞定位,发现其亚细胞定位具有一致性。BiFC检测到二者存在互作关系,其酵母双杂中没有检测到信号,推测其互作关系可能是间接的,还需要进一步验证。后续我们将通过对创制的CRISPR-Cas9 基因编辑转基因杨树来进一步解析 Pag14-3-3ɩ影响木质部PCD 的分子机制,通过Pull-Down,Co-IP 进一步验证 14-3-3ɩ和CaN1 的互作关系,明确其互作在木质部 PCD 中的作用。[结论]综上,Pag14-3-3ɩ 在杨树生长发育过程中发挥着重要的作用,后续可通过定向调控该基因来改善杨树木材品质。