科研│青岛农大：综合转录组和蛋白质组分析揭示了油菜素内酯介导调控的木质茎中形成层的起始和形成（国人佳作）

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编译：微科盟，编辑：微科盟Emma、江舜尧。

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导读

木材形成涉及需要多种激素协调的连续发育事件。油菜素内酯(BRs)在木材发育中发挥着关键作用，但对树种木材形成的细胞和分子过程知之甚少。本研究生成了具有编辑PdBRI1基因（这些基因是拟南芥富含维管的BR受体的直系同源物）的转基因杨树系，并展示了在mRNA和/或蛋白质组水平上BR信号传导的抑制如何影响的木材发育。6个杨树PdBRI1基因形成3对基因，每对基因在基部茎中均高表达。PdBRI1-1、-2、-3和-6是拟南芥富含维管的BR受体BRI1、BRL1和BRL3的直系同源物，同时突变会导致严重的生长缺陷。特别是，这些突变系的茎在衍生的次生维管组织中显示出不连续的形成层环和图形缺陷。在pdbri1-1;2;3;6的茎中也观察到皮层形成层的异常形成。表达PdBRI1-1或PdBRI1-1;2;6的转基因杨树在生长4.5个月时茎发育表型改变，表明这些PdBRI1基因之间存在功能冗余。对pdbri1-1;2;3;6茎的转录组和蛋白质组的综合分析揭示了许多与木材发育和激素相关的基因/蛋白质的差异表达。在pdbri1-1;2;3;6茎中发现了mRNA和蛋白质表达的一致(16%)和不一致(84%)调节，包括木质相关的mRNA/蛋白质表达。本研究发现了在杨树中BR在原细胞分裂和木材部分化中的双重作用，并提供了对有助于木材形成的多层基因调控的见解。

论文ID

原名：Integrated transcriptome and proteome analysis reveals brassinosteroid-mediated regulation of cambium initiation and patterning in woody stem

译名：综合转录组和蛋白质组分析揭示了油菜素内酯介导调控的木质茎中形成层的起始和形成

期刊：Horticulture Research

IF：7.291

发表时间：2022年1月

通讯作者：柴国华，周功克

通讯作者单位：青岛农业大学资源与环境学院

DOI号：10.1093/hortre/uhab048

实验设计

结果

1.杨树中6个BRI1/BRL直系同源物的鉴定

使用拟南芥BRI1、BRL1、BRL2和BRL3作为诱饵样本（bait samples），通过序列相似性搜索在杨属基因组中鉴定了6种PtrBRI1蛋白。这6个PtrBRI1根据它们在杨属染色体上的位置被命名为PtrBRI1-1到PtrBRI1-6。对10种拟南芥和杨树BRI1/BRL蛋白的系统发育分析产生了具有3个进化枝的明确定义的树，这使研究者能够在末端节点鉴定三对旁系同源基因（图1a）。PtrBRI1-2和PtrBRI1-3是拟南芥BRI1最接近的同源物。Synteny分析显示PtrBRI1-1/PtrBRI1-6或PtrBRI1-4/PtrBRI1-5的2个旁系同源成员可能起源于染色体复制事件（图1b）。随后使用qRT-PCR在杨树基因型Nanlin895中研究了6个PdBRI1基因的组织表达模式。如图1c所示，这些PdBRI1在次生生长期间在杨树茎的芽和基部高度表达。 

图1.杨树BRI1s的系统发育和表达分析

a 来自杨属和拟南芥的BRI1蛋白的系统发育树。BRI1可分为3组，用不同的颜色标记。假定的基因对显示在框中。条形对应于序列中每个位置的0，05个氨基酸取代。b 3对PtrBRI1s的染色体位置。相应染色体上的节段重复同源块用相同的颜色表示。c qRT-PCR分析PdBRI1在各种组织中的表达。叶、芽、根、上部茎（第5茎节间）、中茎（第15茎节间）和基茎（第30茎节间）从1米高的杨树植物中取样。数据表示为三个生物学重复的平均值±标准差。

2.表达PdBRI1-2;3;6或PdBRI1-1;2;3;6的转基因杨树植物表现出严重的生长缺陷

由于拟南芥BRI1、BRL1和BRL3是BR受体家族中富含维管的成员，研究者选择了PdBRI1-1、2、3和6，即杨树中BRI1、BRL1和BRL3的直系同源物（图1a），以确定PdBRI1s是否影响维管发育。首先使用原位杂交分析茎中PdBRI1-1、-2、-3和-6的表达模式。如补充图S1所示，这4个基因主要在木材形成细胞中表达，包括形成层、初级木质部薄壁组织和发育中的次级木质部/韧皮部细胞。在对照部分的木材细胞中未观察到信号。 

为了研究PdBRI1-1、-2、-3和-6的生物学作用，研究者在杨树中进行了CRISPR（成簇规律间隔短回文重复序列）/Cas9（CRISPR相关9）介导的PdBRI1s诱变。选择2个靶点分别编辑2对旁系同源PdBRI1s（图2a），得到一系列敲除杨树突变体。用于功能表征的突变体包括以下PdBRI1编辑的系：（1）BE4、BE7和BE8，它们是PdBRI1-1、PdBRI1-2、PdBRI1-3和PdBRI1-6突变的纯合子；(2)BE26，它是PdBRI1-2、PdBRI1-3和PdBRI1-6突变的纯合子；(3)BE54，它是PdBRI1-1、PdBRI1-2和PdBRI1-6突变的纯合子；(4)BE66，纯合PdBRI1-1突变体（补充图S2）。

图2.用PdBRI1-2;3;6或PdBRI1-1;2;3;6编辑的杨树系显示出严重的生长缺陷

a 用于编辑2对PdBRI1基因的载体构建。b 45日龄对照(CK)和代表性PdBRI1编辑系的形态。bar=4cm。c,d(b)中CK和PdBRI1编辑系的茎高和基部直径。数据代表每行至少五株植物的平均值±标准差。根据方差分析，不同的小写字母表示P＜0.05的显著差异。

在1/2强度MS培养基上生长的45日龄的pdbri1-1(BE66)和pdbri1-1;2;6(BE54)植物表现出类似野生型的形态。相比之下，pdbri1-2;3;6(BE26)和pdbri1-1;2;3;6(BE4、BE7和BE8)植物表现出严重的BR缺陷表型，包括植物高度降低和节间缩短（即半矮化表型）和降低的叶和根生长率（图2b）。此外，pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物的叶子呈深绿色，比对照植物的叶子小得多，厚得多（图2b）。茎的测量显示pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物比对照植物短至少70%（图2c），并且这些突变体比生长45天的对照至少薄21%（图2d）。与对照植物相比，pdbri1-1和pdbri1-1;2;6植物的茎伸长和厚度受到轻微抑制（图2c，d）。 

图3.PdBRI1-2、PdBRI1-3和PdBRI1-6的突变抑制形成层的形成并导致次级维管组织的模式改变

a-e 45日龄CK和PdBRI1编辑系的茎基部的横截面。在pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物中观察到形成层区的脱节区域（c和e中的黑色箭头）和朝向表皮的异常形成的形成层（d和e中的黑色箭头）。在pdbri1-1;2;6植物中偶尔会发现破裂的形成层环。f，g 来自pdbri1-1;2;3;6植物中异常形成的（g，红色矩形2）的形成层区（f，e中的红色矩形1）和次生木质部（黑色星号）不相交区域的放大图像。h，i 树脂包埋切片，用于分析CK和pdbri1-2;3;6植物基部茎中的形成层细胞层（后箭头）和木质部。形成层细胞层的数量显示在图像的顶部。j，k(a-e)中CK和PdBRI1编辑细的茎中韧皮部和木质部的径向宽度和比率的统计分析。对于每个品系，至少测量了5株植物。Duncan’s test；P＜0，05。Xy，木质部；Ph，韧皮部；Pf，韧皮纤维；Vb，维管束；Ca，形成层；Ve，维管束；Xf，木纤维。 在(a-e)中条形=200μm；在(f，g)中条形=50μm和在(h,i)中条形=15μm。

3.PdBRI1-1、PdBRI1-2、PdBRI1-3和PdBRI1-6同时突变导致形成层形成异常和次级维管组织模式的改变

为了研究PdBRI1(s)的突变如何影响木材发育，研究者分析了来自45日龄对照和PdBRI1编辑系的茎切片的维管表型。如图3a所示，对照植物的茎有一个连续的形成层，在茎的中心产生次生木质部，向茎的外侧产生次生韧皮部。木质化韧皮部纤维在韧皮部外围分化成组。pdbri1-1和pdbri1-1；2；6株植物的整体维管形态与对照组相比无显著性差异（图3b，c）。有时，形成层带的连续性在pdbri1-1;2;6茎中被打断（图3c）。相比之下，来自pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物的茎切片显示形成层起始和衍生次生维管组织图案化的显著缺陷（图3d，e）。这些突变系的形成层活性在茎中显示出周期性不连贯的分布（图3d，e）。在不连续的形成层区域中不存在源自形成层的木质部和韧皮部细胞（图3e，f）。皮层中的异常形成层活动导致向表皮的次生木质部（图3e，g）。对木材细胞形态的检查显示，与对照相比，pdbri1-1;2;3;6植物中木聚糖纤维和维管的细胞大小和细胞壁厚度减少（图3h，i）。pdbri1-1;2;3;6中的形成层细胞层数与对照中的相同（图3h，i），这意味着杨树中BR信号传导的抑制可能不会影响径向茎生长期间的形成层分裂。

统计分析表明，与对照相比，生长45天的pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物茎中韧皮部和木质部的径向宽度分别减少了＞34%和40%（图3j）。在这个阶段，pdbri1-1和pdbri1-1;2;6茎的韧皮部宽度(＜14%)和木质部宽度(＜8%)略有减少。与这些发现一致，pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6的韧皮部宽度与木质部宽度较对照显著增加，但pdbri1-1、pdbri1-1;2;6和对照无显著差异（图3k）。综上所述，这些结果表明PdBRI1s的突变改变了杨树茎中原形成细胞的木质部和韧皮部组织的分化。

4.用PdBRI1-1或PdBRI1-1;2;6编辑的4，5个月大的转基因杨树植物的木材形成受到抑制

研究者进一步研究了在土壤中生长的PdBRI1编辑系的生长状况。pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物由于严重的生理缺陷而无法存活。pdbri1-1植物的高度与对照相似，并且在生长4，5个月后它们比pdbri1-1;2;6植物高＞20％（补充图S3a，b）。然而，与pdbri1-1;2;6相似的pdbri1-1的茎直径比该阶段的对照植物窄＞18％（补充图S3c）。与对照植物相比，pdbri1-1和pdbri1-1;2;6中木质部的径向宽度减少了至少29%（补充图S2d）。在3种基因型之间没有观察到韧皮部径向宽度的显著差异。因此，在生长4，5个月后，与对照相比，pdbri1-1;2;6和pdbri1-1植物的茎中韧皮部宽度与木质部宽度的比率较大（补充图S3e），表明Pdbri1-1和PdBRI1-6可能促进木质部分化，类似于它们的拟南芥直系同源物BRL1和BRL3。

5.与对照相比，PdBRI1-1;2;3;6编辑的植物基部茎中基因和蛋白质的差异表达

为了探索BR介导的调控网络，研究者分别使用RNA测序(RNA-seq)和液相色谱-质谱(LC-MS)分析了对照和pdbri1-1;2;3;6茎的转录组和蛋白质组。两种基因型中的DEG和DEP的分层聚类分析表明，每种基因型的三个生物样品之间具有良好的可重复性（补充图S4）。有趣的是，在pdbri1-1;2;3;6植物的茎中观察到mRNA和蛋白质表达的不一致调节。经过严格的质量检查和数据分析，在杨树茎中总共检测到35793个基因和6654个蛋白质。与对照相比，在这些基因和蛋白质中，5556个（16%）差异表达基因（DEGs；过滤标准：|log₂[FC]|＞1，P-adj＜0，05）和1229个（18%）差异表达蛋白（DEPs，|log₂[FC]|＞0，26，P值＜0，05）在pdbri1-1;2;3;6系中被鉴定（补充图S5a，b；表S1）。上调基因与所有DEG的比率为73%，远高于下调基因与DEG的比率（27%）（补充图S5a）。这一发现意味着特定mRNA的上调可能是杨树茎中BR信号抑制的关键反应。相反，对于所有DEP，上调蛋白（48%）和下调蛋白（52%）的比例相似（补充图S5b）。 

5556个DEG和1229个DEP的基因本体论(GO)分析(p＜0，05)揭示了在转录组和蛋白质组水平上涉及生物过程类别中的代表性的强烈偏差（补充图S5c-f；表S2）。在pdbri1-1;2;3;6植物中诱导表达的基因涉及蛋白质磷酸化、转录调控和器官形态发生（补充图S5c）。下调的基因主要参与细胞壁多糖的生物合成和生物发生（补充图S5d），这与在pdbri1-1;2;3;6茎中观察到的抑制木材发育高度相关（图3）。根据蛋白质组学数据，上调的蛋白质在核酸代谢过程和染色质组织中富集（补充图S5e）。大多数下调的蛋白质参与能量储备相关代谢、多糖代谢和核苷酸代谢（补充图S5f）。本研究多组数据集揭示了BR介导的杨树茎中mRNA和蛋白质水平的各种生物过程的调节。 

图4.pdbri1-1;2;3;6茎中mRNA和蛋白质表达的保守和差异调节

a 5556个DEGs和1229个DEPs的比较。根据两者差异表达的mRNA/蛋白质，只有1个和2个（不变的）转录组和蛋白质组数据集被分组在一起并进行颜色编码。显示了每个类别的基因/蛋白质的数量。详细信息显示在补充表S3中。b，c 在mRNA和蛋白质水平上GO术语（p＜0.05）富集均发生显著变化的蛋白质或在mRNA或蛋白质水平上发生显著变化的蛋白质。

6.PdBRI1-1;2;3;6编辑植物转录组和蛋白质组的比较分析

为了确定pdbri1-1;2;3;6茎中DEGs和DEPs的调控模式，选择了5556个DEGs和1229个DEPs进行相关性检验。1502个mRNA和蛋白质的表达变化中度相关，R（Spearman）=0，3721-0，7984（图4a；补充表S3）。在1502个DEG/DEP中，234个（16%）在转录组和蛋白质组水平上都发生变化，1268个（84%）表现出不一致的表达。共有964种蛋白质（64%）在蛋白质水平上差异表达，但在mRNA水平上没有差异表达。类似地，共有290个基因（20%）以mRNA特异性方式表现出改变的表达，其中197个基因上调，93个基因下调。1502个DEG/DEP的GO分析（P＜0，05）显示了生物过程中的各种富集，这在mRNA水平上比在蛋白质水平上更显著（图4b）。这些发现表明，抑制杨树中的BR信号可能会导致转录水平的更大变化。研究者进一步研究了这些DEG和DEP中前3个富集的生物过程。如图4c所示，在mRNA和蛋白质水平上的DEGs/DEPs在氧化还原、碳水化合物代谢和细胞壁组织或生物发生等过程中富集。在转录水平上特异性表达的基因富集于蛋白质磷酸化、转录调控和化学稳态。相比之下，在蛋白质水平上特异性鉴定的DEP主要参与碳水化合物分解代谢、氮化合物调控和DNA包装。总的来说，这些结果反映了pdbri1-1;2;3;6茎中基因表达的多方面控制。

图5.pdbri1-1;2;3;6茎中木材相关DEG和DEP在mRNA和蛋白质水平上的一致调节

a 一组与木材相关的DEG/DEP。b 选择(a)中用红点标记的8个木材相关DEG/DEP用于CK和pdbri1-1;2;3;6茎中的qRT-PCR分析。c 使用PRM技术定量富集CK和pdbri1-1;2;3;6茎中的2个PME3直系同源物的蛋白质（肽）。

图6.pdbri1-1;2;3;6茎中木材/激素相关DEG的转录调控

a 一组木材相关基因，在pdbri1-1;2;3;6中在mRNA水平上差异表达，但在蛋白质水平上没有差异表达。b 选择(a)中标有红点的16个DEG用于CK和pdbri1-1;2;3;6茎中的qRT-PCR分析。

7.与对照相比，许多与木材发育和激素相关的基因/蛋白质在PdBRI1-1;2;3;6编辑的植物中差异表达

进一步研究了pdbri1-1;2;3;6植物茎中木材相关DEGs和DEPs的一致和不一致调节。大量细胞壁相关基因在pdbri1-1;2;3;6植物中的mRNA和蛋白质水平都显示出改变的表达，包括参与细胞壁组织和生物发生的基因（例如KNOTTED ARABIDOPSIS THALIANA[KNAT7]；β-D-木糖苷酶4[BXL4]和果胶甲基酯酶[PMEs]）；木质素生物合成（例如咖啡酰辅酶A3-O-甲基转移酶[CCoAOMT]；阿魏酸-5-羟化酶1[F5H1]；香豆酸3-羟化酶1[C3H1]；肉桂醇脱氢酶4[CAD4]；咖啡酸邻甲基转移酶2[COMT2]）（图5a；补充表S3）。拟南芥II类KNOX基因KNAT7负调控茎的次生细胞壁增厚，在杨树中功能保守。研究鉴定出KNAT7的杨树直系同源物在pdbri1-1;2;3;6中的mRNA和蛋白质表达水平高于对照（图5a），这与与对照相比突变系中较薄的木质纤维和维管细胞一致（图3h，i）。BXL4/XYL4具有β-D-木糖苷酶活性，它负责切割拟南芥茎组织中的木聚糖骨架。在pdbri1-1;2;3;6中观察到BXL4的Populus直系同源物更高的mRNA和蛋白质表达水平（图5a）。PME催化果胶的去甲酯化，果胶是细胞壁中多糖的关键成分，一些PME对于杨树木材细胞发育过程中细胞扩增的发育模式很重要。研究者发现5个杨树PME中有4个在pdbri1-1;2;3;6中显示出降低的mRNA和蛋白质表达水平（图5a）。杨树中CCoAOMT、F5H1、C3H1、CAD4和COMT2的直系同源物主要在成熟木质部中表达，是茎中木质素合成所必需的。它们的mRNA和蛋白质表达水平在pdbri1-1;2;3;6中低于对照（图5a）。生长素流出载体PINFORMED1(PIN1)和PIN3在拟南芥束间形成层的建立和活动过程中发挥作用。杨树中PIN1和PIN3的直系同源物主要在次级维管生长期间表达，并在pdbri1-1;2;3;6中表现出增加的mRNA和蛋白质表达水平（图5a）。进一步选择其中9个DEG/DEP来验证转录组和蛋白质组数据。qRT-PCR结果显示，与对照相比，pdbri1-1;2;3;6茎中KNAT7和BXL4直向同源物的转录本增加，而PME3、C3H1、CAD4、COMT2、PIN1和PIN3直向同源物的转录本减少（图5b）。此外，平行反应监测（PRM）数据显示，pdbri1-1;2;3;6茎中两种PME3直系同源物的蛋白质富集显著低于对照（图5c）。这些结果验证了研究者的组学方法的准确性。其他7种杨属直系同源物无法使用PRM技术检测，因为它们在茎中的表达量较低。

与对照相比，pdbri1-1;2;3;6茎中的多个木材相关基因在转录水平上差异表达，但在蛋白质水平上没有差异表达（图6a；补充表S3）。其中包括28个LACCASE基因，这些基因主要在茎分化木质部或根中表达，可能参与木质素聚合。拟南芥LAC4和LAC17的12个杨属直系同源物在pdbri1-1;2;3;6茎中的表达降低。LAC4和LAC17是茎维管发育过程中木质素沉积所必需的。在pdbri1-1;2;3;6茎中也鉴定出许多与细胞分裂素、BR和乙烯相关的DEG（图6a）。已知这3种激素可调节维管组织中的细胞分裂和分化。在拟南芥中，CYP735A1和腺苷磷酸异戊烯基转移酶3(IPT3)对于反式玉米素（一种类异戊二烯细胞分裂素）的生物合成必不可少，而细胞分裂素氧化酶/脱氢酶(CKXs)则催化细胞分裂素的不可逆降解。杨树中IPT3和CKXs的直系同源物在pdbri1-1;2;3;6中分别显示出比对照更低和更高的转录水平（图6a）。此外，在pdbri1-1;2;3;6茎中诱导了拟南芥LONELYGUYs(LOGs)的杨树直系同源物，它们对细胞分裂素的直接激活途径有反应。pdbri1-1;2;3;6茎中4种BR生物合成相关基因（DWF4、ROT3、CYP90D1和BR6OX2）的杨树直系同源物表达水平升高表明在杨树BR信号通路中BR生物合成相关基因的反馈抑制，类似于拟南芥。此外，几个木质部特异性乙烯反应因子(ERF)基因，包括ERF1、ERF18和ERF109的直系同源物，它们是拟南芥茎形成层细胞分裂所必需的，与对照相比，在pdbri1-1;2;3;6茎中表现出更高的表达水平。其中16个DEG通过qRT-PCR分析进行了验证（图6b），其数据与RNA-seq数据一致。

讨论

1.BRs介导杨树茎形成层起始和木质部分化的调节

树木的茎径向生长需要原细胞和形成细胞的增殖及其分化产物（木质部和韧皮部）的不断积累。这两个过程受到几种激素的精细调节，包括生长素、细胞分裂素和乙烯。最近对杨树的一项研究表明，外源应用丙环唑抑制BR合成并减少木质部分化和次生生长。然而，尚不清楚树种木材发育的其他方面是否需要BR。本研究旨在探索BRs影响木材发育的调控机制。研究者通过CRISPR-Cas9介导的PdBRI1-1、-2、-3和-6敲除抑制了杨树中的BR信号传导。这4个基因是拟南芥BRI1、BRL1和BRL3的直系同源物，它们编码富含维管的BR受体成员家庭。表达PdBRI1-2;3;6或PdBRI1-1;2;3;6编辑的转基因杨树品系表现出严重的BR缺陷表型，包括茎中形成层环的周期性破裂（图2、3），其中与BR合成或信号传导减少的拟南芥突变体中茎维管束数量减少一致，包括cpd、bri1-116、bri1-301、bin2和bri1brl1brl3突变体（补充图S6）。原形成层源于定向和协调的细胞分裂并产生（间）束状形成层，在拟南芥和木质茎中形成圆柱状形成层。因此，BRs有可能促进杨树茎的早期原细胞分裂，类似于在拟南芥茎中观察到的分裂。除了在正常位置不连续的形成层段外，在pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6的茎中观察到皮质实质中形成层的异常起始（图3）。在bri1brl1brl3的茎中未发现这些形态学缺陷，这是一种无效的拟南芥突变体，在3个BR受体中发生突变（补充图S6）。这一发现表明，BRs在调节杨属和拟南芥原细胞形成方面具有相似但不同的作用。 

对拟南芥突变体的广泛研究表明，BR信号与生长素极性转运相结合是茎中形成层起始所必需的。作为该途径的一部分，MP/ARF5及其上游正调节因子PIN在将生长素积累转化为原菌身份的建立方面发挥着重要作用。mp/arf5在原链中被激活，并在原形成中表现出严重缺陷。与WT对照相比，pin1pin2双突变体显示出杂乱无章的维管模式，茎中的维管束和木质部分化细胞数量增加。研究者的转录组数据显示，pdbri1-1;2;3;6中MP/ARF5、PIN1和PIN3的杨树直系同源物的表达水平高于对照（图5；补充表S1）。总之，这些发现表明BR是诱导的维管形成层初期可能涉及杨树茎中MP-PIN级联介导的最大生长素。 

除了与生长素有关的DEG外，与对照相比，在pdbri1-1;2;3;6茎中鉴定出许多细胞分裂素相关的DEG（图6）。2个典型的细胞分裂素合成相关基因，即CYP735A1和IPT3的杨属同源基因，表达降低，而3个细胞分裂素降解相关基因，即CKX1、CKX3和CKX5的杨属同源基因，在pdbri1-1;2;3;6中显示增加的表达；由于减少的细胞分裂素信号转导导致PIN1、PIN3和PIN7的亚细胞极性改变以及拟南芥根原层中PIN7表达的丧失，因此推测BRs可能通过介导杨树茎中的细胞分裂素信号转导促进原形成层的形成。有趣的是，抑制杨树中的BR信号会诱导LOGs的5种杨树直系同源物的表达，这些同源物对细胞分裂素直接激活的途径有反应。这些观察结果表明，在原形成层形成过程中出现了一个涉及BR、生长素和细胞分裂素的复杂调节网络。 

pdbri1-2;3;6和pdbri1-1;2;3;6植物的另一个显著方面是茎中次生木质部和韧皮部组织之间平衡分化的变化（图3）。在pdbri1-1;2;3;6植物的茎中鉴定出多个参与细胞分化的DEG（补充图S5）。研究者的结果，连同其他关于各种系统的结果，包括百日草、拟南芥和杨属，表明BR在木质部分化的调节中起着关键作用。在pdbri1-1;2;6和pdbri1-1植物中观察到茎木质部分化的明显缺陷，在生长4，5个月但在生长45天时没有（图3；补充图S3），表明存在PdBRI1-1、PdBRI1-2、PdBRI1-3和PdBRI1-6在次生生长期间调节木质部分化方面的潜在冗余和阶段偏好。

2.杨树BR信号受损时木材相关基因和蛋白质表达在mRNA和蛋白质水平上的一致和不一致调节

为了准确确定内源性BR如何影响木材发育，研究者比较了对照和pdbri1-1;2;3;6茎的转录组和蛋白质组谱。只有16%的mRNA和蛋白质表达相关，其结果与许多研究的结果相似，在这些研究中观察到转录本和蛋白质丰度之间的相关性较差。BRs在生物过程中的作用可能涉及各种转录后调节事件。在来自pdbri1-1;2;3;6茎的5556个DEG中，参与细胞壁生物发生和代谢（例如木质素和木聚糖代谢过程）的那些构成了绝大多数下调基因（补充图S5d），与pdbri1-1;2;3;6中木质部发育的抑制（图3）。DEGs/DEPs在mRNA和蛋白质水平上最富集的3个GO术语包括“细胞壁组织或生物发生”（图4）。其中，CCoAMT、F5H1、C3H1、CAD4和COMT2的杨树直系同源物对应于拟南芥木质素生物合成途径中的5个关键酶，其在pdbri1-1;2;3;6茎中的mRNA和蛋白表达降低（图5）。有趣的是，对拟南芥茎中木质素聚合有反应的LAC4和LAC17的12个杨属直系同源物在pdbri1-1;2;3;6中以mRNA特异性方式降低了表达（图6）。因此，BRs可能通过多种途径调节木质素相关基因的表达，促进杨树茎中木质素的生物合成。 

受体激酶主要通过植物中的一系列可逆磷酸化和去磷酸化过程介导BR信号转导。在本研究中，与对照相比，参与蛋白质磷酸化的基因的大量过表达显示出在pdbri1-1;2;3;6茎中mRNA水平的表达改变，但在蛋白质水平上没有改变（补充图S5c）。这一发现表明，杨树中BR信号传导的抑制会诱导BR缺乏相关的反应，可能涉及蛋白质磷酸化的转录调节。总体而言，本研究揭示了BR在木质部发育初期中的双重作用，并为BR对杨树木材发育的多层基因调控提供了分子见解。原文链接：  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35031795/

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