杉木OMT基因家族的鉴定、表达与体外酶活分析

杉木是我国重要的用材树种，其木质素生物合成的分子机制是材性育种研究的重要方向。O-甲基转移酶(OMT，O-methyltransferase)催化木质素单体甲基化，是木质素生物合成通路的关键酶。然而杉木中木质素合成相关的 OMT 功能研究仍不清楚。本研究基于杉木全长转录组在杉木中共鉴定到 36 个OMT成员。经系统发育树分析，杉木OMT基因家族成员可进一步分为两个亚家族:咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(CCoAOMT，Caffeoyl-coenzyme A-3-O-methyltransferase)亚家族(12个)和 咖啡酸 O-甲基转移酶(COMT，caffeic acid O-methyltransferase))亚家族(24个)。基因表达分析结果显示，2 个CCoAOMT亚家族成员(ClXylem-73470、ClXylem-76045)和 1 个COMT亚家族成员(ClXylem-70648)在杉木茎段中高表达，且随着茎段木质化程度增加其表达着逐渐上升;同时，在应压木形成中，这 3 个OMT成员的基因表达水平显著上升，与应压木诱导的木质素积累相一致。进一步体外酶活分析结果表明，其中一个CCoAOMT成员(ClXylem-76045)能够特异性催化木质素特异性底物咖啡酰CoA，生成其 3'-甲基化产物(阿魏酰CoA)，进而参与G型木质素单体的生物合成。研究结果为杉木木质素形成的分子机制解析提供了新见解，也为后续杉木木材材性改良分子育种提供了理论依据。