转录因子对木质素生物合成调控及研究进展..pdf

中国农业科学 2015,48(7):1277-1287
Scientia Agricultura Sinica doi: .0578-
转录因子对木质素生物合成调控的研究进展
郭光艳,柏峰,刘伟,秘彩莉
(河北师范大学生命科学学院,石家庄 050024)

摘要:木质素是维管植物次生细胞壁的重要组分之一,具有重要的生物学功能。木质素分子与细胞壁中
的纤维素、半纤维素等多糖分子相互交联,增加了植物细胞和组织的机械强度,其疏水性使植物细胞不易透
水,利于水分及营养物质在植物体内的长距离运输。木质素与纤维素共同形成的天然物理屏障能有效阻止各
种病原菌的入侵,增强了植物对各种生物及非生物胁迫的防御能力。然而木质素的存在也给人类的生产实践
带来诸多负面影响,如造纸业中,由于必须使用大量化学药品去除木质素,加大了造纸成本,严重污染了环
境;饲草中的高木质素含量则影响牲畜的消化吸收,降低了饲草的营养价值;过高的木质素含量也影响了人类
对生物质能源的发酵利用。因此,利用基因工程改造植物木质素的可降解性意义重大。在高等植物中,木质素
通过苯丙烷途径和木质素特异途径合成。在拟南芥中,NAC、MYB 以及 WRKY 类转录因子都参与了对木质素生物
合成的调控。在拟南芥中,MYB26 可激活 NST1/NST2 的转录;WRKY12 可与 NST2 的启动子区结合并对其表达进
行负调控;SND1(NST3)和 NST1 主要在纤维次生壁的形成中发挥作用,两者功能有冗余;NST1 和 NST2 在调
控花药壁的次生壁的增厚中功能有冗余;VND6 和 VND7 则主要在木质部导管的分化中起重要作用,这些 NAC 类
转录因子通过与下游的 MYB 类转录因子如 MYB83、MYB46 及(或)MYB58、MYB63、MYB85 和 MYB103 的结合对木
质素合成基因的表达进行正调控,而MYB75 对木质素生物合成进行负调控。多数MYB 转录因子通过与下游木质
素生物合成途径基因启动子区的 AC 元件(I、II 和 III)结合从而对其表达进行调控。研究表明,bHLH 类转
录因子也参与了对木质素生物合成的调控。文章综述了各类转录因子对木质素生物合成调控的最近进展,绘制
了拟南芥中木质素生物合成的主要调控网络,同时也总结了其他物种(如水稻、小麦、玉米、桉树、松树和杨
树等)中已发现的对木质素生物合成进行调控的转录因子。随着高通量测序技术的发展,研究者有望在更多的
物种中发现参与木质素生物合成调控的关键转录因子,这些研究将对通过基因工程改造木质素的组成具有重要
的借鉴意义。
关键词:木质素;生物合成;转录因子;调控

Advances in Research of the Regulation of Transcription
Factors of Lignin Biosynthesis
GUO Guang-yan, BAI Feng, LIU Wei, BI Cai-li
(College of Life Science, Hebei Normal University, Shijiazhua