中国农业大学傅缨团队揭示转录因子ZmMYB69调控玉米木质素合成的新机制

玉米秸秆经过酶解和发酵可以生产清洁能源, 带来经济效益。然而, 次生细胞壁中的木质素含量会影响细胞壁中木质纤维素多糖的水解作用, 进而影响玉米秸秆的转化利用效率。因此, 通过生物技术方法改变木质素含量可以作为提高玉米生物质能源利用的一个重要策略。目前在拟南芥和一些木本植物中的研究发现了NAC-MYB介导的多层级转录调控网络 (hierarchical transcriptional network) 在木质素合成中的重要作用 (Zhang et al., 2018)；玉米中的研究发现ZmMYB31和ZmMYB42作为转录抑制因子抑制木质素合成基因的表达 (Sonbol et al., 2009; Fornale et al., 2010), 但相关层级调控网络中的其它重要组分和调控机制仍所知甚少。

近日, 中国农业大学生物学院傅缨教授研究团队在Plant Physiology发表了题为The transcription factor ZmMYB69 represses lignin biosynthesis by regulating ZmMYB31 and ZmMYB42 in maize的研究论文。该研究发现玉米MYB家族成员ZmMYB69通过激活玉米木质素合成的两个转录抑制子ZmMYB31和ZmMYB42的表达进而抑制玉米茎秆中木质素的合成。

ZmMYB69属于R2R3-MYB类转录因子，其过量表达导致玉米茎秆中木质素含量降低、细胞壁变薄、株高也受到抑制；而ZmMYB69功能缺失突变体茎秆中木质素含量增加、细胞壁变厚, 但株高与野生型没有明显差异。为解析ZmMYB69调控木质素合成的机制, 研究人员通过原位PCR和利用酵母系统进行的研究发现, ZmMYB69主要在维管束细胞表达, 所编码的ZmMYB69蛋白具有转录激活活性。进一步通过染色质免疫共沉淀、凝胶阻滞和转录激活等实验证明ZmMYB69通过直接调节木质素合成途径中的两个转录抑制子ZmMYB31和ZmMYB42的表达进而参与对木质素合成的调控。此外, 该研究团队还发现ZmMYB69过量表达植株茎秆细胞壁的酶解效率显著增加。该研究不仅揭示了玉米木质素合成调控的新机制, 还为通过生物技术方法提高玉米秸秆生物质能源生产提供了有用的线索。

中国农业大学生物学院博士研究生强治全为该论文第一作者,傅缨教授为通讯作者。中国科学院遗传与发育研究所周奕华研究员、中国农业大学秦峰教授、赖锦盛教授和王喜庆教授均参与了该项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。研究中所用的相关遗传材料由中国农业大学作物功能基因组与分子育种研究中心创制。

参考文献：

Fornale S, Shi XH, Chai CL, Encina A, Irar S, Capellades M, Fuguet E, Torres JL, Rovira P, Puigdomenech P, Rigau J, Grotewold E, Gray J, Caparros-Ruiz D (2010) ZmMYB31 directly represses maize lignin genes and redirects the phenylpropanoid metabolic flux. Plant Journal 64: 633-644

Sonbol FM, Fornale S, Capellades M, Encina A, Tourino S, Torres JL, Rovira P, Ruel K, Puigdomenech P, Rigau J, Caparros-Ruiz D (2009) The maize ZmMYB42 represses the phenylpropanoid pathway and affects the cell wall structure, composition and degradability in Arabidopsis thaliana. Plant Mol Biol 70: 283-296

Zhang J, Xie M, Tuskan GA, Muchero W, Chen JG (2018) Recent Advances in the Transcriptional Regulation of Secondary Cell Wall Biosynthesis in the Woody Plants. Front Plant Sci 9: 1535

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac233