近日，生物科學與技術學院教授康向陽團隊在《Horticulture Research》（中科院一區，IF ="8.7）上發表了題為“Spatiotemporal" miRNA and transcriptomic network dynamically regulate the developmental and senescence processes of poplar leaves”的研究論文。
楊樹是世界上重要的速生用材樹種，也是常見的景觀植物，廣泛應用于林業生態環境建設和森林工業原料林培育等領域。楊樹碳固定和生物量積累取決于其葉片光合碳同化能力及其維持時間，而景觀變化同樣與葉片生命周期活動密切相關。伴隨著葉片發育從幼嫩到成熟、衰老，其細胞內的基因表達也必然呈現相應的規律性變化。開展楊樹葉片發生發育過程中的基因表達規律及其核心調控因子研究，對于解析楊樹葉片生長發育調控機制以及分子設計育種等具有重要的意義。
圖1 楊樹葉片不同發育時期表達及功能富集分析
該研究在楊樹葉片高通量測序的基礎上，首先采用主成分分析將楊樹不同葉位葉片劃分為幼嫩到成熟（Y-M）、成熟到衰老（M-S）兩個階段，進而通過基因表達聚類分析將楊樹葉片發生發育過程細分為5個時期，即幼齡葉細胞發生及功能分化時期，幼齡葉發育和光合能力初步形成時期，功能葉光合能力最強時期、功能葉光合能力下降時期、衰老葉時期（圖1）。進而基于共表達網絡分析，解析出楊樹葉片生長發育乃至成熟到衰老過程中的關鍵調控因子，包括在葉片發育前期高表達，且隨葉片發育表達量逐漸下降的轉錄因子KNAT7，miR396的靶基因GRF9、GRF12，miR319和miR159的靶基因TCP4等，具有促進葉片形態建成和生長發育的作用；以及在葉片發育前期低表達，且隨葉片發育表達量逐漸上升的轉錄因子MYB5、LRL3及miR399與miR156的靶基因WRKY23、SPL4等，具有參與調控葉細胞衰老、葉綠素降解等作用（圖2）。本結果為探究葉片發育轉錄調控生物學基礎，也為基于分子設計育種延緩葉片衰老、提高葉片光合速率、延長葉片高光合時期等提供了新的探索方向。
圖2 核心miRNA和轉錄因子調控楊樹葉片發育模式圖
北京林業大學生物科學與技術學院博士后杜康為論文第一作者，康向陽教授為本研究通訊作者，北京林業大學博士研究生江慎秀，陳浩，夏宇飛等參與了相關研究工作。相關研究成果屬于“十四五”國家重點研發計劃課題“林木三倍體高效誘導技術研究（2021YFD2200105）”的主要內容。
