近日，我校林木遺傳育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院尹偉倫院士、夏新莉教授課題組在國(guó)際知名期刊New Phytologist（植物學(xué)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(jī)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(shè)等多個(gè)領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。盡管如此，楊樹對(duì)水分的需求量極大，對(duì)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(duì)楊樹在干旱脅迫下的特有應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行深入的分子層面解析具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)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(xué)功能尚不清楚。在這項(xiàng)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(yīng)中的作用。miR6445和NAC029都對(duì)干旱脅迫都有響應(yīng)，但表現(xiàn)出不同的表達(dá)模式。基于短串聯(lián)靶模擬物(STTM)誘導(dǎo)的基因沉默實(shí)驗(yàn)，證明了miR6445對(duì)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(dá)及敲除NAC029，發(fā)現(xiàn)NAC029的過表達(dá)導(dǎo)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(fù)向調(diào)控楊樹耐旱性
通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)測(cè)序，作者發(fā)現(xiàn)了幾種可能受NAC029調(diào)控的生物學(xué)過程，特別是超氧化物和活性氧代謝過程。進(jìn)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(zhuǎn)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(dá)顯著增強(qiáng)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(qiáng)了谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性，降低了活性氧水平。
綜上所述，這項(xiàng)研究揭示了一個(gè)楊樹特有的miR6445- NAC029 - GSTU23 調(diào)控模塊，它通過維持活性氧平衡對(duì)楊樹的抗旱性至關(guān)重要，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)楊樹抗旱性遺傳改良提供了新的分子靶點(diǎn)。
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(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院夏新莉教授為本論文的通訊作者，博士生牛夢(mèng)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(xué)）、蘇艷艷（現(xiàn)就職于北京市農(nóng)林科學(xué)院）參與了該研究工作。團(tuán)隊(duì)青年教師劉超助理研究員、王厚領(lǐng)副教授參與指導(dǎo)了該研究工作，中國(guó)工程院尹偉倫院士給予該工作總體指導(dǎo)。此項(xiàng)研究工作受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2021YFD2200103）和國(guó)家自然科學(xué)基金（32001290, 31270656）項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19703
