科学家揭示PtoMYB142基因调控杨树抗旱性的分子机制

科学家揭示PtoMYB142基因调控杨树抗旱性的分子机制

全球气候变化导致干旱等极端天气事件频发，对森林生态系统造成了严重威胁。为了提高树木的抗旱能力，科学家们一直在努力探索植物抗旱性的分子机制。最近，一项发表在《植物杂志》（the Plant Journal）上的研究揭示了PtoMYB142基因在杨树抗旱性中的重要作用。

这项研究发现，PtoMYB142基因通过调控赤霉素（GAs）代谢来增强杨树的抗旱性。具体来说，该基因的过表达会导致杨树植株矮化，叶片细胞和导管的导腔面积减小，同时茎木质部导管密度增加，从而显著提高植株的抗旱能力。

实验设计与结果

研究团队首先通过转基因技术获得了PtoMYB142基因过表达（PtoMYB142-OE）和敲除（PtoMYB142-Cas9）的杨树植株，并与野生型（WT）植株进行比较。结果显示，PtoMYB142-OE植株的株高降低了36-42%，茎直径减少了23-30%，而PtoMYB142-Cas9植株则表现出相反的表型。

使用扫描电子显微镜（SEM）对叶片进行观测发现，PtoMYB142-OE植株的叶细胞面积显著减小，而PtoMYB142-Cas9植株的叶细胞面积则增大。这些结果表明，PtoMYB142基因在调控叶片发育中起着关键作用。

进一步的实验表明，PtoMYB142基因通过直接结合并激活PtoGA2ox4基因的启动子来调节赤霉素代谢。PtoGA2ox4编码一种GA氧化酶，参与GA的分解代谢。当PtoMYB142基因过表达时，GA水平降低，导致植株表现出矮化等GA缺陷表型；而敲除PtoMYB142基因则会提高GA水平，促进植株生长。

功能互补实验

为了验证PtoGA2ox4在PtoMYB142介导的抗旱性中的作用，研究团队设计了一个功能互补实验。他们通过RNA干扰（RNAi）技术敲低PtoGA2ox4的表达，并观察其对PtoMYB142-OE植株表型的影响。

结果显示，敲低PtoGA2ox4的表达可以挽救PtoMYB142过表达引起的GA缺陷表型，包括植株高度、茎粗、叶片大小和导管密度等指标均恢复到野生型水平。这表明PtoGA2ox4在PtoMYB142介导的抗旱性中起着关键作用。

干旱试验

最后，研究团队通过控制土壤相对含水量（RWC）进行干旱试验，以评估不同植株的抗旱能力。结果显示，PtoMYB142-OE植株在缺水条件下的存活率显著高于野生型和PtoGA2ox4RNAi/PtoMYB142-OE植株。定量测量发现，PtoMYB142-OE植株的叶片相对含水量和茎水势均高于其他植株，表明其具有更强的抗旱能力。

结论与展望

这项研究揭示了PtoMYB142基因在杨树抗旱性中的重要作用，为提高树木抗旱性提供了新的思路。通过调控赤霉素代谢，PtoMYB142基因能够改变植株的生长发育模式，使其在干旱条件下表现出更强的生存能力。这一发现不仅加深了我们对植物生长与干旱响应之间串扰机制的理解，也为培育抗旱作物品种提供了新的基因资源。

本文原文来自Phenom-World中国官网