近日，生物学院康向阳教授课题组在Plant Biotechnology Journal 杂志在线发表了题为“PagHB7/PagABF4–PagEPFL9 module regulates stomatal density and drought tolerance in poplar”的研究论文。该研究揭示了PagHB7和PagABF4互作并通过靶向PagEPFL9调控杨树气孔密度和抗旱性的分子机制，为植物生长和抗旱性分子设计育种提供了新的遗传资源。
气孔控制着外界与植物之间的水蒸气和二氧化碳交换，从而影响光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。植物进化出了多种适应干旱胁迫的机制，其中有效的适应机制包括通过控制气孔密度来调节抗旱性。EPFL9可显著增加植物气孔密度，但其转录调控机制尚未完全明确。
该研究发现过表达PagEPFL9杨树（OE）与WT相比具有生长优势，其株高和基径均大于WT，气孔密度和气孔指数显著高于WT，而PagEPFL9基因敲除植株（ epfl9 ）则表现出相反的变化趋势。
对WT、OE和 epfl9 株系进行干旱胁迫处理实验结果表明，干旱胁迫处理后，OE植株的细胞膜受损更严重，抗旱性降低，而敲除PagEPFL9植株则抗旱性更强。
图 1 PagEPFL9 的表达模式分析以及 WT、OE 和 epfl9 杨树的表型
通过酵母单杂交（Y1H）文库筛选鉴定出位于PagEPFL9上游的PagHB7转录因子。随后，研究人员利用酵母单杂、EMSA和双荧光素酶报告基因检测实验证明了PagHB7直接与PagEPFL9启动子结合，从而抑制PagEPFL9的表达。为了进一步探究PagHB7如何调控PagEPFL9的表达，研究者对PagHB7进行了酵母双杂交文库筛选，筛选出与PagHB7可能互作的蛋白PagABF4。Y2H、BiFC、SLC和pull-down实验结果证实了PagHB7和PagABF4之间的确存在相互作用。进一步研究发现，PagABF4增强了PagHB7对PagEPFL9的抑制作用。以上结果表明，PagHB7与PagABF4发生物理相互作用，并共同抑制PagEPFL9的表达。
图 2 PagHB7 与 PagABF4 蛋白相互作用并增强其对 PagEPFL9 表达的抑制
为了探究PagEFPL9的上游调控因子PagHB7及其互作蛋白PagABF4是否调控杨树气孔密度，研究者构建了 hb7 基因编辑敲除株系和PagABF4过表达株系。与WT相比， hb7 株系的气孔密度和气孔指数显著高于WT。干旱胁迫处理实验表明， hb7 株系细胞膜受损更严重，抗旱性更弱。而PagABF4过表达株系气孔密度则显著降低，其可能正调控植株抗旱性。
综上所述，PagHB7与PagABF4蛋白互作且直接结合PagEPFL9启动子区并负向调控PagEPFL9的表达而影响杨树的气孔密度，进而影响杨树的抗旱性。该研究为基于分子设计育种创制杨树等植物速生、耐旱种质提供了新的基因资源。
生物学院博士后夏宇飞为论文第一作者，生物学院杜康讲师、康向阳教授为该研究工作的共同通讯作者。生物学院夏新莉教授对本研究提出了宝贵意见。博士生郭锐华、芦特、江慎秀、游凯然参与了本研究。该工作得到了“十四五”国家重点研发计划（项目编号：2021YFD2200105）和中国博士后科学基金（项目编号：2024M760220）资助。
