近日，我校林木遺傳育種全國重點實驗室、生物科學與技術學院尹偉倫院士、夏新莉教授課題組在國際知名期刊New Phytologist（植物學一區(qū)，IF="10.15）發(fā)表題為“The miR6445- NAC029 module regulates drought tolerance by regulating the expression of glutathione S-transferase U23 and reactive oxygen species scavenging in Popul us”的研究論文，揭示了miR6445- NAC029 - GSTU23模塊通過調(diào)節(jié)活性氧穩(wěn)態(tài)在提高楊樹抗旱性中的作用機制。
楊樹（ Populus spp.）是全世界重要的速生樹種，在森林工業(yè)原料林培育及生態(tài)環(huán)境建設等多個領域扮演著舉足輕重的角色。盡管如此，楊樹對水分的需求量極大，對干旱條件的敏感性成為了制約其人工林發(fā)展和生產(chǎn)效率提升的主要障礙。因此，對楊樹在干旱脅迫下的特有應答機制進行深入的分子層面解析具有重要的理論意義與應用價值。
前期研究表明，miR6445是楊樹特異性miRNA，它可以靶向NAC (NAM、ATAF和CUC)家族基因，然而在楊樹中，miR6445和NAC基因相互作用的生物學功能尚不清楚。在這項研究中，作者發(fā)現(xiàn)了miR6445- NAC029調(diào)控模塊參與楊樹干旱脅迫響應中的作用。miR6445和NAC029都對干旱脅迫都有響應，但表現(xiàn)出不同的表達模式。基于短串聯(lián)靶模擬物(STTM)誘導的基因沉默實驗，證明了miR6445對楊樹干旱脅迫耐受性有積極作用。接下來，作者在楊樹中過表達及敲除NAC029，發(fā)現(xiàn)NAC029的過表達導致楊樹干旱敏感性增加（圖1），表現(xiàn)為干旱脅迫下植物萎蔫加劇、膜損傷加劇、脂質(zhì)過氧化增加、保水能力降低和光合效率降低，活性氧含量增加。 Crispr-NAC029則表現(xiàn)出相反的表型。
圖1.NAC029負向調(diào)控楊樹耐旱性
通過轉錄組學測序，作者發(fā)現(xiàn)了幾種可能受NAC029調(diào)控的生物學過程，特別是超氧化物和活性氧代謝過程。進一步研究發(fā)現(xiàn)NAC029可以通過直接靶向并抑制谷胱甘肽S-轉移酶23（ GSTU23 ）活性來調(diào)節(jié)活性氧穩(wěn)態(tài)，從而在干旱脅迫中發(fā)揮作用（圖2）。此外，GSTU23的過表達顯著增強了楊樹的抗旱性，表現(xiàn)為干旱脅迫下保持了更好的植株形態(tài)，減少了膜損傷，降低了脂質(zhì)過氧化，改善了光合性能，增強了谷胱甘肽S-轉移酶活性，降低了活性氧水平。
綜上所述，這項研究揭示了一個楊樹特有的miR6445- NAC029 - GSTU23 調(diào)控模塊，它通過維持活性氧平衡對楊樹的抗旱性至關重要，這一發(fā)現(xiàn)對楊樹抗旱性遺傳改良提供了新的分子靶點。
圖2.miR6445/ NAC029在正常條件和干旱脅迫下的功能調(diào)控模型
北京林業(yè)大學生物科學與技術學院夏新莉教授為本論文的通訊作者，博士生牛夢雪、封叢華為論文共同第一作者。博士研究生張涵、鮑雨、劉殊菁、劉曉，已畢業(yè)博士生何方（現(xiàn)就職于四川農(nóng)業(yè)大學）、蘇艷艷（現(xiàn)就職于北京市農(nóng)林科學院）參與了該研究工作。團隊青年教師劉超助理研究員、王厚領副教授參與指導了該研究工作，中國工程院尹偉倫院士給予該工作總體指導。此項研究工作受到國家重點研發(fā)計劃課題（2021YFD2200103）和國家自然科學基金（32001290, 31270656）項目的資助。
原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19703
