近日，生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院康向陽教授團(tuán)隊(duì)在楊樹葉片葉綠素降解分子調(diào)控機(jī)制方面取得了重要進(jìn)展。研究成果以題為"The interplay of growth-regulating factor 5 and BZR1 in coregulating chlorophyll degradation in poplar"的論文，發(fā)表在生物學(xué)一區(qū)TOP期刊《Plant, Cell & Environment》上，揭示了GRF5和BZR1在楊樹葉綠素降解中的協(xié)同作用機(jī)制等。
葉片作為植物光合作用的主要器官，在其生命周期中經(jīng)歷從幼嫩、成熟到衰老的變化，期間伴隨著葉綠素含量的顯著變化。葉綠素自然衰老及植物激素、黑暗條件和鹽脅迫等不利環(huán)境因素都會(huì)引起葉綠素降解。因此，深入解析葉綠素降解的調(diào)控機(jī)制對(duì)于分子設(shè)計(jì)育種和提高植物產(chǎn)量具有重要意義。
油菜素內(nèi)酯（BR）作為一種植物激素，在生長和發(fā)育中發(fā)揮重要作用，并能誘導(dǎo)葉綠素降解。團(tuán)隊(duì)前期研究表明，楊樹中過表達(dá)GRF5轉(zhuǎn)錄因子會(huì)增加葉綠素含量，上調(diào)葉綠素合成基因表達(dá)，抑制葉綠素降解基因表達(dá)，說明GRF5在葉綠素代謝通路中起著重要的調(diào)控作用。論文研究發(fā)現(xiàn)，GRF5過表達(dá)株系能延緩BR、脫落酸、黑暗及鹽脅迫等誘導(dǎo)的葉綠素降解過程，且GRF5能響應(yīng)BR信號(hào)；進(jìn)一步通過酵母雙雜交、雙分子熒光互補(bǔ)和分裂熒光素酶實(shí)驗(yàn)證明，GRF5與BR信號(hào)關(guān)鍵調(diào)控因子BZR1之間存在蛋白互作，且GRF5抑制葉綠素b還原酶基因NYC1和NOL表達(dá)，BZR1抑制NYC1表達(dá)，從而共同調(diào)控葉綠素降解過程；而BZR1與GRF5之間的蛋白互作進(jìn)一步增強(qiáng)了GRF5對(duì)下游基因的抑制作用（圖1a）。
圖1 GRF5和BZR1調(diào)控楊樹及其三倍體葉綠素降解分子機(jī)制模型
研究提出了GRF5和BZR1協(xié)同作用調(diào)控楊樹三倍體葉綠素降解的分子機(jī)制模型。與二倍體相比，三倍體楊樹葉片中GRF5和BZR1轉(zhuǎn)錄因子差異表達(dá)顯著上調(diào)，而葉綠素b還原酶基因NYC1和NOL差異表達(dá)顯著下調(diào)，這是導(dǎo)致三倍體楊樹葉片葉綠素降解延緩的原因之一（圖1b）。
生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生陳浩為論文第一作者，康向陽教授為論文通訊作者。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所武文琦助理研究員、我校教師杜康及博士、研究生凌傲宇也參與了該項(xiàng)研究工作。此項(xiàng)研究得到了“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“林木三倍體高效誘導(dǎo)技術(shù)研究”（2021YFD2200105）的支持。
