SND1,一个NAC域的转录因子,是拟南芥纤维次生壁合成的关键调控因子

1、SND1, a NAC Domain Transcription Factor, Is a Key Regulator of Secondary Wall Synthesis in Fibers of Arabidopsis Ruiqin Zhong Taku Demura and Zheng-Hua Yeaa Department of Plant Biology, University of Georgia, Athens, Georgia 30602b RIKEN Plant Science Center, Yokohama, Kanagawa 230-0045, JapanLi con

2、g Ru背景次生壁的成分主要包括:纤维素,木质素,半纤维素,杂木聚糖,葡甘露聚糖.次生壁生物合成中涉及的基因已经被描述,但协调这些基因表达的分子机制尚不清楚.近期研究发现,木质部管状分子和纤维分化过程中涉及一些转录因子,这些转录因子中有一组NAC结构域转录因子.NAC蛋白在N端有保守的NAC域,在C端有激活域.次生壁决定木材质量,双子叶植物中,纤维细胞中含有大量次生壁.因此,揭示纤维次生壁合成中有关的转录调控子十分必要.探究转录调控子如何调控编码次生壁生物合成酶的表达寻找在维管束间纤维中高表达的转录因子结果A：NAC在茎中的表达水平高于在其他器官中的表达水平B： SND1（At1g32770）

3、属于NAC的亚群，包括：VND6,VND7（分别调控后生木质部，原生木质部的分化）NST1,和NST2（调控花药成熟过程中次生壁的增厚）C：SND1在茎中特异表达D&E：SND1在薄壁组织髓心无表达，但在发育中的维管束间纤维细胞和木质部细胞中有高表达，这两种细胞类型使次生壁增厚结果表明:SND1在维管束间纤维中高表达SND1与次生壁增厚过程有关SND1基因融合Gus报告基因(抑制內源基因的表达形式)进行转基因（拟南芥），转基因拟南芥Gus染色显示，茎被Gus染色而其他器官没有。进而对茎详细研究结果A：节间快速伸长时期，Gus染色部位为发育中的维管束间纤维细胞B：即将终止节间伸长时期，G

4、us染色部位为维管束间纤维和后生木质部C：节间终止伸长时期，Gus染色部位为维管束纤维和后生木质部，二者进行次生壁的增厚D：成熟的节间中，Gus染色部位为次生木质部，维管束间纤维中着色较浅E：放大后的后生木质部，Gus染色部位为木纤维，发育中的导管中没有染色结果表明:在维管束间纤维和木纤维中表达的SND1基因,与次生壁加厚过程有关SND1蛋白是转录激活子，定位于核内用绿色荧光蛋白（GFP）标记SND1，使其在胡萝卜原生质体中表达，通过激光共聚焦显微镜观察其亚细胞定位将Gal4结合域与SND1全长或部分序列融合，使其在酵母中表达，看其是否激活报告基因(His，LacZ)的表达SND1的表达受到抑

5、制，引起表型的变化为了防止基因冗余的影响，将SND1与EAR抑制域融合，转基因到拟南芥，结果A：RT-PCR显示，转基因植株中SND1抑制子有表达B：转基因F1中，15/64的植株的花序茎不能像野生型那样直立SND1受到抑制，纤维细胞次生壁的增厚减少WTSND1-EA R 茎基部横切面及透射电子显微镜显示，与野生型相比,转基因植株中维管束间纤维次生壁的增厚明显减少SND1受到抑制，纤维细胞次生壁的增厚减少WTSND1-EA R 茎基部的横切面及投射电子显微镜显示,与野生型相比,转基因植株中木纤维壁增厚程度急剧减少,但对导管影响较小SND1受到抑制,并不改变纤维细胞的长度WTSND1-EA R

6、茎纵切面显示,与野生型相比,转基因植株纤维的长度并未改变小结:1 SND1基因特异地在茎的维管束间纤维和木纤维中表达2 SND1具有核定位且可以激活转录3 抑制SND1表达, 不影响纤维细胞的伸长4显性抑制SND1基因的表达抑制纤维细胞次生壁增厚5 SND 1可能是次生壁生物合成中的转录激活子SND1过表达为了验证SND1诱导次生壁的合成，用CAMV35S启动子经全长的SND1带入拟南芥中结果显示B&C 28/57转基因植物中表型为，小型的莲座叶，叶子矮化生长，并且叶子边缘卷曲A Rt-PCR分析显示野生型幼苗中未检测到SND1 mPNA，但在转基因幼苗中有很高的积累。（再一次验证SN

7、D1的表达有特异性）SND1过表达对表皮细胞和叶肉细胞的影响WT叶脉表皮叶肉DICSND1过表达的叶片，表皮和叶肉细胞有大量木质化次生壁沉积次生壁沉积在表皮中为带状，叶肉中为网状，在野生型叶脉为螺旋状SND1过表达对花器官的影响SND1过表达植株花经常不育，并且萼片、花瓣、雄蕊、心皮较短。这些器官，在野生型中大多细胞是薄壁组织，在转基因植株中有木质化的次生壁增厚对心皮进行间苯三酚（木质素）染色，显微镜观察发现转基因植株次生壁增厚出现在薄壁组织，呈螺旋状表明 SND1过表达诱导薄壁组织中次生壁异常沉积WTSND1过表达对茎的影响结果显示1 茎中异常次生壁增厚在表皮细胞中，在皮层细胞和髓心中很少。

8、2 茎表皮细胞中次生壁沉积形式为带状，与叶表皮细胞中一致表明 SND1在转基因植株中确实过表达。并且与表皮细胞壁增厚有关茎横切面茎表皮SND1过表达对纤维的影响SND1过表达植株中，花序茎在长出长角果后下垂维管束间纤维木质部细胞WT SND1过表达转基因植株中茎横切面的维管束间纤维和木纤维较野生型变细，前者较严重，其中导管的有很小的加厚。表明 SND 1过表达抑制纤维中正常次生壁的增厚SND1过表达对次生壁生物合成基因表达的影响木质化次生壁包括，纤维素，半纤维素，木质素。实时定量PCR分析这些物质生物合成中所涉及的基因，发现，1 SND1过表达幼苗中纤维素合酶基因（CesA7,C esA8）,

9、木聚糖生物合成相关基因（FRA8）和木质素生物合成基因（4Cl1.CCOAOMT）表达量增高，表明SND1可以启动次生壁合成中涉及的基因的表达。2 SND1过表达并没有诱导PCD（X CP1,XCP2 ，BFN1）过程中涉及的基因的表达3 在次生壁合成过程中纤维中一些转录因子的表达量增高，表明，SND1可以诱导纤维相关的转录因子的表达纤维素SND1过表达对次生壁生物合成基因表达的影响木聚糖叶 茎用单克隆抗体（LM10木聚糖），Calcoflour White （纤维素）分别对木聚糖，纤维素进行染色。结果显示SND1过表达植株中，叶和茎中有大量纤维素，木聚糖沉积 WT 转基因WT 转基因小结1 SND1过表达诱导次生壁在薄壁组织异常沉积2 次生壁在不同类型细胞中沉积形式不同。如，表皮中为带状，叶肉中为网状3 纤维中次生壁的沉积受到SND1过表达的抑制4 SND1过表达诱导次生壁生物合成基因的表达5 SND1过表达诱导部分转录因子的表达讨论1 SND1作为纤维中次生壁形成过程中的一个开关，它打开了一个新的途径来解析协调木材形成过程的复杂转录网络。这一发现向理解木材形成过程中