探秘木荷 WOX 基因家族：解锁植物再生密码

《BMC Plant Biology》：Comprehensive analysis and identification of the WOX gene family in Schima superba and the key gene SsuWOX1 for enhancing callus regeneration capacity

研究为解决木荷组织培养再生难题，分析其 WOX 基因家族，发现 SsuWOX1 可促进愈伤组织再生，意义重大。

　　在植物的奇妙世界里，木荷（Schima superba）作为我国南方的重要树种，不仅身姿挺拔、木材优良，在生态防护和景观美化方面也发挥着关键作用。它生长迅速，树干笔直，木材坚实，是优质的硬木资源；其茂密的树冠和良好的水土保持能力，能有效减少水土流失；同时，木荷还具有出色的防火性能，是南方地区防火林带的首选树种。然而，木荷在组织培养再生方面却面临着巨大挑战，其自我更新能力较弱，完整的组织培养再生体系一直未能成功建立，愈伤组织分化和芽形成困难重重，这严重限制了木荷的遗传改良和品种培育。

为了攻克这一难题，河北农业大学、中国林业科学研究院亚热带林业研究所和浙江省林木育种技术重点实验室的研究人员，对木荷的 WOX 基因家族展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为木荷的遗传转化和品种改良带来了新的希望。

研究人员采用了多种关键技术方法。在基因鉴定方面，通过检索数据库获取拟南芥（Arabidopsis thaliana）、毛果杨（Populus trichocarpa）和茶树（Camellia sinensis）的 WOX 基因序列，利用 BLASTP 和 HMM 搜索技术，在木荷基因组中鉴定出 15 个 WOX 基因（SsuWOXs）。在分析基因特征时，运用生物信息学工具，对 SsuWOXs 的理化性质、蛋白结构、染色体定位、保守基序、基因结构以及顺式作用元件进行了全面分析。通过构建系统发育树，研究人员明确了 SsuWOXs 与其他植物 WOX 基因的进化关系。此外，他们还采用实时荧光定量 PCR（qRT-PCR）技术，检测 SsuWOXs 在不同组织和发育阶段的表达模式，并利用农杆菌转化技术，将 SsuWOX1 基因导入木荷愈伤组织，研究其对愈伤组织再生的影响。

研究结果表明，木荷基因组中存在 15 个 SsuWOX 基因，这些基因编码的蛋白质主要定位于细胞核，且结构不稳定。系统发育分析显示，SsuWOX 基因家族可分为三个分支（Clade 1、Clade 2 和 Clade 3），同一分支内的基因结构和保守基序相似，这表明它们在进化过程中可能具有相似的功能。染色体定位分析发现，SsuWOX 基因不均匀分布在 18 条染色体上，与染色体长度无关，也未形成明显的基因簇。

顺式作用元件分析表明，SsuWOX 基因的启动子区域包含多种植物激素响应元件（如 ABRE、GWERE、MeJWEREs、SWEREs、ARF 等）、光响应元件、胁迫响应元件以及干旱和低温响应元件，这说明 SsuWOX 基因的表达可能受植物激素和多种非生物胁迫的调控。

组织特异性表达分析显示，多数 SsuWOX 基因在茎和芽中表达较高，在叶中表达较低。在不同发育阶段，SsuWOX 基因的表达也有所差异。其中，SsuWOX1 在不同组织和发育阶段均稳定且高表达，暗示其与植物生长密切相关。

蛋白质相互作用网络分析发现，SsuWOX1 与多个参与植物生长发育的基因家族（如 CLE 和 LBD 家族）相互作用。过表达 SsuWOX1 的转基因实验表明，该基因成功导入木荷愈伤组织并显著上调表达，同时，CLV3 和 TDR 基因的表达也明显增加，尤其是 CLV3 表达极显著提高。显微镜观察发现，转基因愈伤组织的细胞结构更接近芽细胞，细胞密度更高、排列更有序，表明 SsuWOX1 能够促进木荷愈伤组织向芽的转化，增强愈伤组织的再生能力。

研究结论和讨论部分指出，木荷 WOX 基因家族在进化过程中相对保守，与茶树的进化关系较近。SsuWOX14 和 SsuWOX15 基因虽相似，但在理化性质上存在差异，可能源于共同祖先基因的突变或分化。SsuWOX 基因家族参与植物生长发育、激素响应、非生物胁迫响应和光响应等多个过程，其中 SsuWOX1 在木荷生长和形态发生中起着关键作用，可能通过调节 CLV3 的表达促进愈伤组织再生。

这项研究不仅全面解析了木荷 WOX 基因家族的特征和功能，还为解决木荷组织培养再生难题提供了新的思路和方法，为木荷的遗传转化、基因编辑和品种选育奠定了坚实的理论基础，对推动木荷在林业生产和生态建设中的应用具有重要意义。