JGG｜西南大学罗克明/魏洪彬团队发现PtoPIF3s协同调控毛白杨茎秆伸长与木材形成

次生木质部发育(即 木材形成 ) 是树木的重要特征， 其 源于维管形成层的 分裂与分化 活动。 这一复杂的发育程序受到精密调控，涉及形成层细胞分裂与分化、木质部细胞扩张、次生壁沉积以及程序性细胞死亡等关键环节。尽管木材形成通常与茎秆伸长存在协同性，但关于二者发育进程协同调控的分子机制研究仍十分匮乏。

近日 ， 西南大学罗克明教授和魏洪彬副教授团队 在 Journal of Genetics and Genomics 在线发表题为 PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR3 (PIF3) orthologs orchestrate stem elongation and wood formation in Populus 的研究论文， 揭示了 毛白杨 光敏色素互作因子 Pto PIF3 同源 基因 ( PtoPIF3.1 和 PtoPIF3.2 ) 协同调控茎秆伸长与木材形成 的分子机制。

光敏色素互作因子 ( PIFs ) 在草本植物拟南芥中是维管 发育与次生壁合成 的 核心 负调控因子 。 然而 ， PIFs在 树木 次生生长中的 生 物学功能及其作用机制 尚不明确。 该 研究 发现 ， 过表达 PtoPIF3.1 和 PtoPIF3.2 能 够 显著促进茎秆纵向伸长和径向木材发育；而CRISPR敲除突变体 Ptopif3.1 和 Ptopif3.2 则表现出 相反表型 。外源施加生长素可部分恢复突变体表型，且生长素合成缺陷突变体 Ptoyuc8 表现出 节间缩短 和 木材发育受阻 。 进一步研究发现 ，PtoPIF3s直接结合并激活 PtoYUC8 及细胞 扩张 相关基因 PtoEXPA1.1/1.2 的表达，同时 通过 生长素信号通路调控形成层分裂 相关基因( PtoWOX4 、 PtoANT 、 PtoCYCD3s ) 和次生木质部发育标志基因 ( PtoHB7/8 )的表达 。 该 研究 阐明了 PtoPIF3.1/3.2 作为 协调杨树茎伸长与次生生长的核心调控因子， 同时 揭示了 PIF 3 同源基因在草本与木本物种间的功能 差异 。值得注意的是，前人研究发现杨树 Pto PIF3 s 在调控 环境胁迫 响应 ( 如 干旱、盐胁迫 和 避荫 ) 中发挥重要作用 [ 1 – 2 ] ，表明 Pto PIF3s在生长和胁迫响应中具有多重功能 ， 为创制高产、抗逆的林木种质提供了重要靶标。

杨树PtoPIF3s转录因子协同调控茎秆伸长与木材形成的分子机制

综上所述，该研究阐明了PtoPIF3–PtoYUC8–生长素通路在协调茎伸长与次生生长中的关键作用，并揭示了拟南芥与杨树PIF3同源基因的功能分化。

西南大学 生命科学学院 硕士生 肖星月 （已毕业） 、 程泓莉 （已毕业） 和 磨江海 为该论文 共同 第一作者。 西南大学 罗克明 教授和 魏洪彬 副教授 为共同通讯作者。 该研究得到了国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目等资助以及西部（重庆）科学城种质创制大科学中心的大力支持。

参考文献：

[ 1 ] Wu, X., Liu, L., Xu, Q., Wei, H., Wang, X., Sun, W., Zhuge, Q., 2020. Characteristics and functions of PePIF3, a gene related to circadian rhythm in “Nanlin 895” Poplar. Plant Mol . Biol . Rep . 38, 586–600.

[ 2 ] Sun, F., Cheng, H., Song, Z., Yan, H., Liu, H., Xiao, X., Zhang, Z., Luo, M., Wu, F., Lu, J., et al ., 2024. Phytochrome-interacting factors play shared and distinct roles in regulating shade avoidance responses in Populus trees. Plant Cell Env iron. 47, 2058–2073.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1673852725001997