探秘软木形成机制：DIR 蛋白的关键作用与调控新发现

研究人员为探究软木遗传控制机制，开展 DIR 蛋白相关研究，发现其潜在调控作用，为软木生产提供理论依据。

　　软木，这种从栓皮栎（Quercus suber）可持续提取的物质，在生态、社会和经济领域有着举足轻重的地位。它不仅是制作软木塞、绝缘体的重要材料，还能帮助栓皮栎抵御地中海地区恶劣的生物和非生物环境，同时，栓皮栎与其他树种共同构建了具有重要生态意义的 “montados” 农林牧生态系统。

然而，软木生产的遗传控制机制却如同神秘的面纱，让科研人员难以捉摸。软木的质量主要取决于栓质中聚脂肪族和芳香族多酚（类似木质素）的比例，这一比例影响着软木的生物力学性能，也决定了软木是可用于制作高质量软木塞的可塞性软木（Stoppable Quality Cork，SQC），还是非可塞性软木（Non - Stoppable Quality Cork，N - SQC）。但目前，人们并不清楚软木性状在树木和林分尺度上的差异，究竟是由环境还是遗传因素主导。

为了揭开软木形成的遗传奥秘，来自葡萄牙新里斯本大学（Universidade NOVA de Lisboa）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Theoretical and Experimental Plant Physiology》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用 NCBI 上已有的栓皮栎软木形成层转录组数据集，这些数据集与不同类型软木相关联。其次，通过序列编译从公共数据库获取特定编码序列（CDS），并构建 BLAST 本地数据库进行转录本检测和对比分析。再者，对 PRX、LAC 和 DIR 基因的启动子进行分析，寻找顺式调控元件（CREs）。最后，运用系统发育分析对感兴趣基因座的注释进行重新评估。

研究结果如下：

1. 软木形成层中 DIR、LAC 和 PRX 基因的表达：栓皮栎基因组中存在多个 DIR、LAC 和 PRX 基因位点。在软木形成层中，DIR 转录水平普遍较低，但有几个位点例外，如 LOC112031175 等。部分 DIR 基因的表达具有组织特异性，如 LOC111985747 等只在 SQC 软木形成层中表达。LAC 基因转录水平相对较高，一些位点如 LOC111990617 在 SQC 软木形成层中表达较高；PRX 基因转录水平更高，部分位点如 LOC112012719 为软木形成层特异性表达。与血管形成层相比，多数基因在血管形成层中的转录水平更高123。
2. 顺式调控元件的共现：在 SQC 组中，多个 LAC 和 DIR 基因启动子区域的 CREs 在 - 500 至 - 250bp 处积累，如 LOC111990617 等 LAC 基因与 LOC111985747 等 DIR 基因存在共现；在 N - SQC 组中，CREs 更多在上游 - 150 至 - 50bp 处积累，如 LOC111988317 等 LAC 基因与 LOC111989002 等 DIR 基因存在共现。同时，PRX 和 DIR 基因间也存在 CREs 共现，如 SQC 组中多个 III 类 PRX 基因与 DIR 基因共现，N - SQC 组中也有相应的基因共现。此外，研究还发现 SQC 组中，QsDIR_LOC112039424、QsLAC_LOC112039867 和 QsPRX_LOC112006708 在 - 300bp 处共享可被 MYB62 识别的 CRE；N - SQC 组中，DIR - PRX 的共表达受 QsWRKY74 和 QsERF119 - like 调控456。
3. 感兴趣基因座的注释重新评估：通过系统发育分析发现，栓皮栎 DIR 基因与已知参与木质素和新木质素合成的 DIR 基因不同，其中 QsDIR_LOC112039424 具有与拟南芥中参与凯氏带木质化的 DIR 蛋白相似的内皮层结构域。LAC 基因与葡萄（Vitis vinifera）和毛果杨（Populus trichocarpa）的序列相近，但注释信息有限；部分 III 类 PRX 基因是拟南芥的直系同源基因789。

研究结论和讨论部分指出，本研究通过对 DIR、LAC 和 PRX 基因的研究，揭示了软木形成过程中潜在的调控机制。顺式调控元件的共现分析表明，不同软木质量组中 DIR - PRX 和 DIR - LAC 对可能存在协同表达，进而影响软木的孔隙率、细胞孔径和数量等特征。这一发现为理解软木形成的遗传调控提供了新视角，也为后续研究提供了有价值的线索。此外，研究还确定了 QsDIR_LOC112039424 作为进一步研究区分遗传和环境因素的有前景的候选基因，它只在生产 SQC 的栓皮栎软木形成层中表达，且含有与凯氏带木质化相关的结构域。未来，开展评估软木形成的遗传田间试验，将有助于深入了解生长、抗逆性与软木生产之间的关系，为软木产业的发展提供更坚实的理论基础。