杨树C2H2型锌指蛋白PagSUPa负调控成膜体定位蛋白POKs基因抑制细胞分裂影响叶片形态

[目的]叶片是植物的能量工厂，是人类重要的可再生能源。叶片作为植物主要的光合器官，同时又是植物感知各种环境条件的媒介。由于叶片的重要性，叶片发育的形态变异和遗传网络一直是植物科学研究的热点。细胞增殖与扩张直接影响叶片大小和形态。锌指蛋白是一类在植物生长、发育和分化等多种细胞活动中发挥重要作用的调控因子，C2H2型锌指蛋白PagSUPa在杨树叶片发育中的作用尚不明确。本研究以PagSUPa转基因 84K杨为材料，分析PagSUPa在杨树叶片发育中的表达及作用，揭示PagSUPa在叶片发育的调控机制，可为杨树叶片发育研究提供参考。[方法]通过qRT-PCR、启动子驱动GUS报告基因检测PagSUPa基因在叶片发育过程的表达情况。以PagSUPa过表达转基因杨树为材料，分析其叶片大小、形态变化以及细胞大小、形态变化。利用RNA-seq分析杨树PagSUPa过表达引起的差异表达基因，GO 富集分析差异表达基因可能参与的调控路径，并对影响细胞分裂的关键靶基因利用酵母单杂、凝胶阻滞实验、双荧光素酶报告分析进行调控验证。[结果]表达分析显示PagSUPa在叶片发育过程中呈下降趋势，在叶片扩张期表达最高。PagSUPa基因过表达杨树叶片大小显著减小，叶片形态紊乱;进一步观察细胞形态发现 PagSUPa 基因过表达叶片上表皮细胞相对对照显著增大，近轴端叶肉细胞不规则变化，叶片近-远轴极性改变。RNA-seq分析结果显示PagSUPa过表达引起的差异表达基因主要富集于微管运动、细胞壁合成、肌动蛋白细胞骨架调节等。对胞质分离过程中细胞板形成起决定作用的成膜体定位蛋白Pag POKs基因的调控分析发现，PagSUPa能够通过与PagPOK1和PagPOK2基因启动子上两个C2H2 顺式作用元件(AGTGT，ACACT)的结合直接负调控PagPOKs的表达。[结论]C2H2型锌指蛋白PagSUPa基因参与杨树叶片发育，PagSUPa过表达抑制叶片细胞增殖使叶片面积减小，PagSUPa能够直接负调控成膜体定位蛋白PagPOKs 基因的表达抑制细胞有丝分裂过程细胞板的形成，减缓胞质分离，改变细胞形态，最终影响叶片发育。