2021年2月6日，植物學(xué)知名期刊The Plant Cell（IF：9.618）在線發(fā)表了來自北京林業(yè)大學(xué)林木分子設(shè)計育種高精尖創(chuàng)新中心和南方科技大學(xué)的合作團隊共同完成的關(guān)于林木葉片衰老的題為“An Alternative Splicing Variant of PtRD26 Delays Leaf Senescence by Regulating Multiple NAC Transcription Factors in Populus”的研究論文，該研究揭示了毛白楊秋季葉片衰老調(diào)控的新機制。榮幸的是，青蓮百奧技術(shù)支持了文章中LC-MS檢測工作。下面跟著小編一起來看看文章的重要發(fā)現(xiàn)吧。

在葉片發(fā)育的最后階段，即葉片衰老過程中，營養(yǎng)物質(zhì)會被轉(zhuǎn)運到其它器官中得以循環(huán)利用，因此正確調(diào)控葉片衰老對于植物的適應(yīng)能力至關(guān)重要。盡管目前對于一年生植物的衰老研究已經(jīng)十分深入了，但是控制多年生木本植物的葉片衰老機制還不清楚。在該研究中，作者通過RNA測序技術(shù)獲得了毛果楊秋季葉片衰老的高分辨率時間轉(zhuǎn)錄圖譜數(shù)據(jù)。通過共表達網(wǎng)絡(luò)分析，作者發(fā)現(xiàn)衰老相關(guān)的NAC家族轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控秋季葉片衰老，并提出一個年齡依賴性的衰老相關(guān)NAC轉(zhuǎn)錄因子內(nèi)含子滯留的增加是精細調(diào)節(jié)樹木葉片衰老分子機制的調(diào)控程序。

研究思路

樣本策略

總共在16個時間點（從2018年9月22日至11月17日起），從三棵田間生長的毛白楊樹木（樹A、樹B和樹C）收集的48個葉片樣品；

主要技術(shù)策略

RNA-seq；

功能驗證策略

LC-MS質(zhì)譜檢測（青蓮提供技術(shù)支持）、qPCR、ChIP、生化分析等。

結(jié)果分析

楊樹秋葉衰老相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本的高分辨率時空分析

為了探究木本植物葉片衰老調(diào)節(jié)機制，該研究以毛白楊(Populus tomentosa)?為材料，通過高密度時間梯度追蹤秋季葉片衰老過程中基因表達情況。通過對所有樣本中檢測到的14,776個差異表達基因（DEGs）的無監(jiān)督分層聚類分析，確定了三個主要樣本簇：成熟期（M）、早期衰老階段（ES）、和晚期衰老階段（LS）（圖1D）。為了進一步了解隨著秋葉衰老而發(fā)生的功能轉(zhuǎn)變，采用分層聚類將DEGs聚類為八個子集（表示為C1至C8）（圖1E）。共鑒定到3459個（C1-C3）秋季葉片衰老相關(guān)基因（autumn senescence-associated genes, ASAGs），這些基因被整合在植物葉片衰老數(shù)據(jù)庫（https://bigd.big.ac.cn/lsd/），為研究木本植物衰老提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。

基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析鑒定Hub TFs

為了確定核心轉(zhuǎn)錄因子（Hub TFs），研究人員對285個衰老相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（Sen-TFs）和3,174個ASAGs進行了加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）。共鑒定到31個家族115個衰老相關(guān)核心轉(zhuǎn)錄因子（Senescence-associated hub transcription factor, Sen-Hub TFs）。其中，16 Sen-hub TFs（~14%）是NAC家族TF（Sen-NAC TFs），表明NAC TFs在調(diào)秋葉葉片衰老中具有重要作用。

PtRD26的功能探究

PtRD26在所有Sen-hub TFs中顯示出最高的表達水平，因此研究人員進一步探究了該基因的調(diào)控作用?；蚩寺“l(fā)現(xiàn)隨著葉片衰老的進展，PtRD26基因的第一個內(nèi)含子發(fā)生了滯留事件（intron-retention, IR），分子遺傳分析發(fā)現(xiàn)該選擇性剪切版本的mRNA不被NMD途徑降解，產(chǎn)生了截短的多肽PtRD26IR。PtRD26IR定位于細胞質(zhì)并且只保留了NAC TF的蛋白互作區(qū)域。為了進一步確認(rèn)PtRD26IR的存在，對從非衰老和衰老葉片中提取蛋白進行串聯(lián)質(zhì)譜分析（圖3C）。在4種預(yù)期的肽中，在衰老葉片中檢測到2個，而在非衰老葉片中未檢測到，這強烈支持了PtRD26IR在葉片衰老時的存在。

生化分析發(fā)現(xiàn)，PtRD26IR通過與正常剪切版本的PtRD26蛋白互作，抑制其結(jié)合靶基因。同時，PtRD26IR還可與其他Sen-Hub NAC TFs相互作用，從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核，抑制其活性，形成一個多重反饋調(diào)控環(huán)。功能分析發(fā)現(xiàn)，PtRD26通過調(diào)控多個Sen-hub TF進而促進葉片衰老，而PtRD26IR可以抑制葉片衰老。當(dāng)兩者同時表達時，PtRD26IR抑制PtRD26誘導(dǎo)的葉片衰老過程，起到剎車的作用。

總結(jié)

總的來說，該研究通過RNA-seq分析確定了葉片衰老相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（Sen-hub TFs），PtRD26在所有Sen-hub TFs中顯示出最高的表達水平，因此研究人員進一步探究了該基因的調(diào)控作用。PtRD26通過調(diào)控下游靶基因促進葉片衰老，同時產(chǎn)生選擇性剪切變體PtRD26IR抑制自身和其他Sen-Hub TF以延緩葉片衰老，保障葉片衰老的正常起始和進展，進而保障衰老葉片營養(yǎng)物質(zhì)的正?；剡\。該研究發(fā)現(xiàn)了調(diào)控葉片衰老的新機制，為通過精準(zhǔn)分子育種培育速生林木提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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PtRD26的剪切變體通過調(diào)節(jié)楊樹中的多個NAC轉(zhuǎn)錄因子來延遲葉片衰老

期刊名稱：The Plant Cell

IF：9.618

樣本選擇：楊樹葉片

技術(shù)策略：RNA-seq、LC-MS等