我院细胞生物学团队在杨树叶绿体发育及木质素沉积方向获得新进展

近日，我院细胞生物学团队联合河北北方学院分子育种团队在《Horticultural Plant Journal》（中科院一区TOP，IF=4.240）上发表了题为“PtrDJ1C, an atypical member of the DJ-1 superfamily, is essential for early chloroplast development and lignin deposition in poplar”的研究论文。

叶绿体 (chloroplast) 作为植物中典型的细胞器，其生物合成和发育过程高度复杂。核基因编码蛋白可以通过多种作用方式对叶绿体生物合成进行调控，而在核基因参与叶绿体发育调控方面，多年生木本植物与一年生草本植物存在较大差异，目前研究工作主要均集中在草本模式植物中，以多年生木本植物为研究材料尚未见报道。

为了揭示核基因编码蛋白PtrDJ1C对木本植物叶绿体发育的调控机制，本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑系统成功敲除杨树中PtrDJ1C基因，获得系列白化程度差异的杨树突变体株系。实验表明突变体材料中叶绿素含量显著降低、叶绿体相关蛋白累积减少、光合作用能力减弱（图一）。进一步通过荧光定量PCR、Western Blot、Northern Blot等技术证实，PtrDJ1C影响了叶绿体基因表达，同时也会抑制叶绿体核糖体RNA的成熟过程以及核糖体稳定性。最后结合转录组学、半薄切片、木质素含量测定等实验，首次发现PtrDJ1C能够影响苯丙氨酸代谢途径以及木质素的沉积（图二）。本论文为木本植物叶绿体生物发育以及影响木质素累积的研究提供了数据支撑与新思路。

图一 Cirispr/CAS9基因编辑获得ptrdj1c杨树突变体表型

图二 野生型和突变体中苯丙烷代谢和木质素含量检测

爱游戏体育最新官网(中国)有限公司官网肖建伟副教授为本论文通讯作者，爱游戏体育最新官网(中国)有限公司官网已毕业博士生、河北北方学院青年教师王鑫伟为论文第一作者，北京林业大学生物学院硕士生邵春雪为该论文共同第一作者，荆艳萍与李晓娟教授也参与了该项研究工作。研究获得国家自然科学基金项目（32201516、91954202）、河北省教育厅青年拔尖人才项目（BJK2022028）及河北北方学院青年基金（XJ2021013）的资助。

文章链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S2468-0141(23)00091-2

作者：肖建伟

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