PtrSND1-A2选择性剪接产物在木材发育过程中的功能解析及其产生机制的初步探讨

The secondary cell walls of woody are the major resources for biomass. SND1 is the key gene controlling secondary cell wall formation. In Populus trichocarpa, PtrSND1-A1, PtrSND1-A2, PtrSND1-B1 and PtrSND1-B2 are the homologs of Arabidopsis SND1. In a previous studywe discovered a novel small protein (PtrSND1-A2IR) generated from the alternative splicing of PtrSND1-A2. The understanding on how PtrSND1-A2IR controls cellulose, hemicellulose and lignin biosynthesis during wood formation is still limited. In this proposal, we will obverse vessel and fiber formation and determine cell wall composition and lignin structure in the overexpression transgenic to elucidate its function during wood formation. We will use bioinformatics to analyze RNA-seq and ChIP-seq data to study how PtrSND1-A2IRaffects the SND1-regulated network, and understand the mechanism of it production. This will provide basis for improving wood properties.

木材的次生璧是生物质能源的主要来源。SND1是控制次生璧加厚的关键基因。在杨树木质部中有四个与拟南芥的SND1同源的基因，PtrSND1-A1、PtrSND1-A2、 PtrSND1-B1和PtrSND1-B2。本申请人前期的研究发现PtrSND1-A2通过选择性剪接的方式产生一个小的蛋白PtrSND1-A2IR，但对于该基因在木材发育过程中是如何调控纤维素、半纤维素和木质素的合成还不清楚。本研究主要是在杨树木质部中特异性地过量表达该蛋白，通过观察转基因植株木质部中纤维和导管发育和分析转基因木材的化学成分含量和结构来揭示该蛋白在次生壁加厚过程中的功能。利用生物信息学分析RNA-seq和ChIP-seq 结果阐明PtrSND1-A2IR对SND1调控的基因网络的影响及作用机制，并对PtrSND1-A2IR的产生机制进行初步探讨。研究结果将为改良木材性状提供理论依据。

木材的形成主要涉及细胞的次生加厚，积累大量的纤维素、半纤维素和木质素，为生物质能源提供重要来源。NAC家族成员SND和VND是启动细胞壁次生加厚的主调控因子，因此他们表达水平的调控是决定木材形成过程中细胞壁正常加厚的关键。我们前期对杨树中SND1家族的4个成员（PtrSDN1-A1,-A2,-B1,-B2）研究发现，PtrSND1-A2 能产生可变剪接产物(PtrSND1-A2IR) ,这个可变剪接产物能够抑制SND1家族中另外三个成员 (PtrSND1-A1,-B1,-B2)的表达。本研究对杨树中VND家族的6个成员（PtrVND6-A1，-A2，-B1，-B2，-C1, -C2）的功能进行鉴定，发现PtrVND6-C1 也能产生可变剪接产物 （PtrVND6-C1IR）。这两个可变剪接产物均丧失了结合DNA和转录激活能力，推测它们都能和全长的NAC蛋白形成二聚体，并被带到细胞核中在细胞核中抑制SND1和VND6 成员的功能。除了不能抑制其同根的NAC蛋白的表达，这两个可变剪接产物能够抑制SND1 和VND6家族其它所有成员的表达。表明木材形成过程中通过这两个可变剪接产物的产生可达到对SND1 和VND6两个家族成员之间的相互调控以保证次生壁的正常加厚。这种可变剪接产物行使显性抑制功能的调控方式可能是植物在生长发育过程中保障某转录调控维持动态平衡的一种重要方式。