周功克课题组在植物领域顶级期刊发文揭示杨树DA1通过调节WOX4稳定性负调控形成层活性的新机制

6月16日，国际植物领域顶级期刊Plant Cell在线发表了青岛农业大学园林与林学院周功克教授课题组题为Ubiquitinated DA1 negatively regulates vascular cambium activity through modulating the stability of WOX4 in Populus的研究论文。该研究首次从转录后水平鉴定到一个蛋白复合体PagDA1-PagWOX4，揭示了蛋白酶体途径调控杨树形成层活性的新机制，为转录后途径参与调控木材形成的研究开辟了新思路。

在木材形成过程中，所有的木质细胞都是从维管形成层干细胞分化而来。因此，维管形成层细胞的发生与活力保持至关重要，是决定木材产量大小的关键。而形成层活性的维持受多种因素调控，包括激素、短程肽信号及多种转录因子，都可以在转录水平上影响形成层活性。WOX4作为形成层活性调控的枢纽，能够响应生长素在内的多种激素以及小肽信号，进而参与形成层活性的维持。

课题组在前期研究中鉴定到一个杨树蛋白模块PagC3H17-PagMYB199双重调控木质部形成(New Phytologist, 2020)。该研究通过对上述转基因植株的RNA-Seq分析筛选到一个表达显著差异的PagDA1基因，进一步分析表明PagDA1可以负调控形成层活性。

该研究通过酵母双杂交筛库筛选到一个关键的WOX4蛋白，组织表达及蛋白互作实验表明PagDA1与PagWOX4蛋白在形成层区域互作，而遗传分析显示PagWOX4在PagDA1的下游发挥重要功能。通过制备WOX4特异性抗体进行无细胞蛋白质降解试验，发现PagWOX4蛋白稳定性受泛素蛋白酶体途径影响，并且PagDA1过表达植株的蛋白提取液能加速PagWOX4蛋白的降解，表明PagDA1可以影响PagWOX4的稳定性。

研究中，课题组从酵母双杂筛选结果中进一步鉴定到一个蛋白PagDA2，它能够与PagDA1互作，并可以在体外体内泛素化PagDA1。结合PagDA1转基因植株中PagWOX4蛋白的积累与PagDA1的泛素化程度，表明PagDA1对PagWOX4蛋白稳定性的调控部分依赖于PagDA2对其进行的泛素化修饰。综上所述，该研究揭示了一条在转录后水平上调控杨树形成层发育的新途径，为未来利用基因工程手段定向培育林木提供了新靶标。

该成果由青岛农业大学、中科院青岛能源所、中国林业科学院、浙江农林大学和美国北卡州立大学等多家单位协作完成。唐贤丰副研究员为论文第一作者，青岛农业大学园林与林学院周功克教授为第一通讯作者，青岛农业大学为第一通讯作者单位。中国林业科学院林木遗传育种国家重点实验室李全梓教授、浙江农林大学森林与技术学院卢孟柱教授和美国北卡州立大学森林与环境资源学院Ronald Sederoff院士参与了该项目的完成。

此外，周功克课题组组建以来，主要围绕植物细胞壁形成机制开展研究，首次揭示了DF1-GL2分子模块协同调节RGI生物合成机制(Plant Cell，2022，同期对此观点发表了专题评论)，阐明了ERF4–MYB52转录复合物精细调控HG去甲基酯化机制(Plant Cell, 2021)，发现了油菜素内酯精确调控植物细胞伸长的新机制(Plant Physiology, 2022)，解析了HDG2直接调控纤维素合成酶CESA5基因调控机制(Plant Physiology, 2021，同期对此观点发表了专题评论)，阐明了BLH2/4正调节果胶去甲基酯化机制(Plant Physiology, 2020)，分析了油菜素内酯调控杨树形成层和木材发育机制(Horticulture Research，2022)，揭示了杨树PagC3H17-PagMYB199模块双重调控木质部形成机制(New Phytologist, 2020)以及参与揭示了树蕨进化及树干发育的分子机制(Nature Plants，2022)，这些研究工作加深了对植物细胞壁合成与调控机制的认识，为推动林木和作物分子设计育种奠定了基础。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省草学一流学科等项目资助。

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