近日，北京林業大學林學院李國雷教授團隊在植物學頂級期刊New Phytologist （一區TOP，五年影響因子10.5）上發表了題為“Genomic basis of the distinct biosynthesis of β-glucogallin, a biochemical marker for hydrolysable tannin production, in three oak species”的研究論文，首次解析了栓皮櫟、槲櫟（ Q. aliena ）、槲樹（ Q. dentata ）殼斗中水解單寧含量差異的原因。
研究發現，栓皮櫟殼斗水解單寧含量高達17.6%，遠高于槲櫟、槲樹。為了解釋這一現象背后的原因，團隊首先組裝了栓皮櫟、槲櫟、槲樹三個高質量參考基因組，Contig N50達到10Mb以上，LAI均在15左右，gap數量僅84~128個。通過對三種櫟樹殼斗的代謝組進行分析，鑒定出β-沒食子酰葡萄糖（β-glucogallin）是櫟樹殼斗水解單寧的代表性物質，其含量與水解單寧含量相關性高達0.99。對比較基因組、代謝組、轉錄組進行聯合分析，找到了調控β-沒食子酰葡萄糖和水解單寧合成的關鍵酶UGT84A13。體外酶活實驗證明了三種櫟樹UGT84A13均具有對沒食子酸的催化活性，而它們殼斗水解單寧含量的差異是由UGT84A13的表達差異造成。
對栓皮櫟不同器官的轉錄組數據進行WGCNA和mfuzz分析，結合GO富集結果，篩選出了27個與 U GT84A13 共表達的轉錄因子，其中14個與 U GT84A13 的表達顯著相關，8個membership大于0.8的轉錄因子中有7個屬于WRKY家族。雙熒光素酶實驗表明WRKY32和WRKY59能夠調控栓皮櫟 U GT84A13 的表達，但不能調控槲櫟、槲樹 U GT84A13 的表達。同時發現栓皮櫟 U GT84A13 啟動子與槲櫟、槲樹 U GT84A13 啟動子的差異較大，栓皮櫟 U GT84A13 啟動子中一段214bp的插入，引入了一個新的W-box元件（WRKY的結合位點）。利用酵母單雜和啟動子刪減后的雙熒光素酶實驗，證明了WRKY32/59能夠結合在栓皮櫟這段插入片段上，并通過啟動子上這段差異影響三種櫟樹 U GT84A13 表達。
據悉，單寧依據結構可分為水解單寧和縮合單寧兩大類。水解單寧不僅能夠提高植物本身抗性，對于動物來說還具有抗菌消炎、促消化、防腹瀉等能力，并且因其容易水解，不會產生抗營養作用，是良好的“天然抗生素”，大量應用于養殖業。栓皮櫟（ Q uercus variabilis ）等櫟樹殼斗富含水解單寧，在果實成熟后掉落在林地中容易收集，具有資源量大、采收成本低、對林分干擾小等優點，利用殼斗提取水解單寧符合我國目前生態文明建設與林下經濟發展需求。目前我國主要從殼斗中提取單寧制備栲膠用于鞣皮制革，將櫟樹殼斗作為水解單寧的提取原料能夠提高殼斗附加值，形成我國水解單寧特色替抗產業。
由于模式植物擬南芥、番茄、楊樹等主要含縮合單寧，因此人們對水解單寧合成機制關注較少，僅基本明確了水解單寧合成的酶促反應過程，其所受轉錄調控有待研究，不同樹種間水解單寧含量差異的原因尚不清楚。該研究從基因組、代謝組、轉錄組以及轉錄調控角度，首次揭示了不同種櫟樹殼斗中水解單寧合成差異的原因，豐富了水解單寧合成的調控網絡，為定向培育高水解單寧櫟樹提供了靶標。
林學院青年教師楊欽淞、博士生酈金今、中國農業大學博士后王妍為論文的共同第一作者，李國雷教授為論文的通訊作者。研究受到“十四五”國家重點研發計劃重點專項（2021YFD2200302）、國家自然科學基金青年基金（32201544）以及中國博士后科學基金（2021M700451）等項目資助。
