林风学院吴蔼民教授团队在毛竹单节间生长调控和半纤维素研究领域取得新进展

审核发布:宣传部 陈芃辰 来源单位及审核人:林学与风景园林学院 陆永超 发布时间:2021-06-21浏览次数:1013

近日,我校林学与风景园林学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室吴蔼民教授团队在New Phytologist (IF2020 8.512)上在线发表了题为MicroRNAs play important roles in regulating rapid growth of the Phyllostachys edulis culm internode的研究论文。该论文报导了毛竹MicroRNAs、靶基因及内源激素(生长素、赤霉素、细胞分裂素等)信号调控其单个节间生长发育的分子机制(文章在线网址: https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17542)。

华南农业大学博士生王凯利为该论文第一作者。吴蔼民教授和浙江农林大学宋丽丽教授为该论文共同通讯作者。浙江农林大学林新春教授、浙江省农科院张恒木研究员、华南农业大学园艺学院夏瑞教授参与了部分工作。本文得到了国家自然科学基金、广州市重点项目的支持。

竹子是全球重要的非木材森林资源,也是世界上单位时间生长速度最快、笋材等多用途植物。在春季竹笋拔节生长期,竹秆最快一天可生长1.2—1.5米,因而是研究速生的优良植物材料。竹秆具有多个不同茎节,竹秆拔节生长是由于多个节间的扩展、伸长完成。因而其拔节生长具有不同步、分时段、多部位同时生长的特点。目前,对于单个毛竹节间生长的报道较少,尤其是microRNA与毛竹节间生长的关系还没有非常清楚的研究。

研究者对竹细胞的多个节间进行了分析、明确了第二天最有潜力生长最快的节间。通过切片分析了节间的伸长受细胞分裂和伸长的影响。在毛竹的整个生长期,竹秆由下而上顺序发育,细胞核数量逐渐减少而细胞长度逐渐加大。在本研究检测了毛竹生长过程中的一个节间内基部和上部的microRNAs、靶基因的变化以及四部分节间的激素分布的状况。同时揭示了下游靶基因转录本的积累随上游 microRNA的变化而变化,进而影响细胞的生长过程。

毛竹中单个快速生长节间和细胞形态图


竹单个节间的下部细胞排列紧密,细胞细小。在节间内自下而上细胞逐渐增大,细胞长度逐渐增加,细胞数则逐渐减少。在节间下部具有较高的生长素、细胞分裂素和赤霉素,而在上部脱落酸的含量相对较高。处于速生阶段的毛竹节间下部细胞主要经历细胞分裂,上部节间细胞主要经历细胞伸长和细胞壁增厚。MicroRNA在不同节间区域的功能不同。在节间下部它们抑制或降解其靶基因,包括转录因子和其他生长素,细胞分裂素和赤霉素基因,这些基因主要与细胞增殖和细胞分裂有关。在上部节间中,microRNA靶向与NAC、脱落酸等途径有关的基因,它们参与细胞伸长和细胞壁增厚。

在半纤维素研究领域,吴蔼民教授团队今年在Plant Biotechnology Journal上发表题目为Mutagenesis of UDP-xylose epimerase and xylan arabinosyl-transferase decreases arabinose content and improves saccharification of rice straw(文章在线网址:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13552)的文章,通过基因编辑改变水稻秸秆半纤维素木聚糖的侧链阿拉伯糖修饰,提高水稻秸秆的生物质利用效率,硕士研究生陈辰是论文的第一作者;在Carbohydrate Ploymers上发表题目为Characterization of hemicellulose in Cassava (Manihot esculenta Crantz) stem during xylogenesis (文章在线网址: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861721004252?via%3Dihub)的文章,明确了木薯木质化进程中半纤维素的结构,硕士研究生杨豪强是该论文的第一作者;在Renewable and Sustainable Energy Reviews上发表题目为 Cell wall hemicellulose for sustainable industrial utilization(文章在线网址: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032121002872)的综述文章,分析了半纤维素在工业材料中的应用;在GCB-Bioenergy 上发表了Marginal lands for bioenergy in China:an outlook in status, potential and management(文章在线网址: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcbb.12770)的综述文章,分析了能源植物在边际土地上的种植情况,博士后Mirza Faisal Qaseem是后面两篇综述论文的第一作者。此外与广西大学冯家勋教授合作在Journal of Cleaner Production上发表了A combination of mild chemical pre-treatment and enzymatic hydrolysis efficiently produces xylooligosaccharides from sugarcane bagasse(文章在线网址: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095965262100192X )的文章,介绍了利用预处理和酶解共同提高甘蔗木糖得率的研究及材料结构变化;与浙江农林大学林新春教授合作在Horticulture Research上发表题目为The SOC1-like gene BoMADS50 is associated with the flowering of Bambusa oldhamii(文章在线网址:https://www.nature.com/articles/s41438-021-00557-4)的文章,分析毛竹开花调控的机理。(文图/林风学院 王凯利 陈辰)



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