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　　模式禾本科植物狗尾草R2R3-MYB家族全基因组鉴定揭示木质素与三针叶草素代谢的潜在调控因子

　　为解决禾本科植物木质化特异调控机制及三针叶草素(一种禾本科特异性木质素单体)代谢调控因子知之甚少的问题，研究人员在C4禾本科模式植物狗尾草(Setaria viridis)中开展了R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与分析。通过结合生物信息学、表达谱、共表达分析及烟草原生质体反式激活实验，鉴定出SvMYB18、SvMYB24、SvMYB74三个可激活木质素与三针叶草素生物合成基因启动子的新型转录因子。该研究为理解禾本科特异性木质沉积的转录调控网络提供了新见解，对改良禾本科作物与生物能源植物的细胞壁特性具有重要意义。

　　植物为了支撑高大的身躯、运输水分养分，进化出了坚硬强韧的细胞壁，而木质素就像是细胞壁中的“钢筋混凝土”，为植物提供了关键的机械强度和抗逆性。然而，对于人类而言，这层坚固的“铠甲”却成了利用植物生物质（如秸秆、木材）生产生物燃料、纸张和化工产品的主要障碍，因为木质素难以被降解，这一特性被称为“生物质抗降解性”。禾本科植物（如玉米、水稻、甘蔗）不仅是重要的粮食作物，也是生物质资源的重要来源。有趣的是，禾本科植物的木质素在化学成分和结构上与其他双子叶植物（如拟南芥、杨树）有明显不同，例如，禾本科木质素中含有一种名为三针叶草素(tricin)的类黄酮单体，这是其独有的特征。这意味着，调控禾本科植物木质素合成的“分子开关”可能也与众不同。

　　尽管R2R3-MYB家族转录因子是公认的调控苯丙烷代谢（包括木质素合成）的关键“开关”，在拟南芥等模式植物中已有深入研究，但它们在禾本科植物，特别是调控其特异性木质化过程（如三针叶草素代谢）中的作用，仍是一片亟待探索的“迷雾”。为了拨开这层迷雾，解开禾本科木质化特异性的调控密码，一个研究团队选择以狗尾草(

　　禾本科模式植物——为研究对象，开展了一项系统性的研究。他们的研究成果发表在《Molecular Genetics and Genomics》期刊上。

　　研究者们综合运用了多种生物信息学和分子生物学技术来开展这项研究。首先，他们通过全基因组筛选和系统发育分析，在狗尾草中鉴定了全部的R2R3-MYB家族成员。接着，利用公共转录组数据库进行了大规模的表达谱和共表达分析，并结合实验室的RT-qPCR（实时定量聚合酶链式反应）验证，从海量基因中筛选出与木质化过程密切相关的候选基因。最后，通过烟草BY-2原生质体反式激活实验，在细胞水平直接验证了候选转录因子对木质素和三针叶草素生物合成基因启动子的调控能力。

　　1. 狗尾草基因组蕴含132个R2R3-SvMYB基因，广泛分布于已知系统发育亚组中

　　研究人员在狗尾草基因组中鉴定出132个非冗余的R2R3-MYB基因，命名为

　　。系统发育分析将其与拟南芥、杨树、水稻、二穗短柄草的R2R3-MYB蛋白一同构建进化树，最终定义了43个亚组。其中27个亚组在五个物种中都存在，而16个亚组为部分物种特有。值得注意的是，与木质素、类黄酮、花青素等苯丙烷代谢相关的已知功能MYB蛋白分布在特定的亚组中，这为基于同源关系的功能推测提供了线索。然而，由于禾本科与双子叶植物间进化距离较远，直接的功能类推存在局限，因此研究者采用了基于多组学数据的筛选流程。

　　为了精准定位与木质化相关的SvMYB，研究团队设计了一套多步骤筛选流程：

　　：利用狗尾草不同组织/条件的转录组数据，发现51个SvMYB基因与14个核心木质素生物合成基因（称为“木质素工具箱”）具有相似的表达模式，尤其在根中高表达。进一步，通过分析狗尾草伸长节间（从基部到顶端依次为分生区MsZ、伸长区CEZ、过渡区TZ、成熟区MZ）的转录组数据，发现46个SvMYB在TZ和/或MZ（即细胞壁活跃加厚和木质化的区域）高表达，模式与木质素基因一致。综合两次分析，筛选出22个候选基因。

　　的共表达网络中富含已知的木质素生物合成基因、漆酶(Laccase)和III类过氧化物酶基因，提示它们与木质化过程关联紧密。

　　：在木质素含量差异显著的四个狗尾草组织（幼根、幼叶、伸长节间基部和顶部）中验证上述6个基因的表达。结果显示，

　　在活跃木质化的节间顶部特异性高表达，这与木质素工具箱基因的表达模式一致。而

　　3. SvMYB18、SvMYB24 和 SvMYB74 激活木质素和三针叶草素生物合成基因的启动子

　　为了直接验证候选转录因子的调控功能，研究团队选择了三个关键基因的启动子进行反式激活实验：

　　（编码金圣草黄素5′-羟化酶，是三针叶草素生物合成的特有酶）。将候选SvMYB基因与报告基因载体共转染烟草原生质体。结果表明，SvMYB18、SvMYB24和SvMYB74均能显著激活这三个启动子，其中SvMYB18和SvMYB24的激活能力最强（超过20倍），SvMYB74的激活能力相对较弱。由于SvMYB106（曾用名SvMYB76）的激活功能已在前期工作中证实，本研究聚焦于另外三个因子。这些结果直接证明了SvMYB18、SvMYB24和SvMYB74具有调控木质素和三针叶草素生物合成基因表达的潜能。

　　本研究首次在狗尾草中完成了R2R3-MYB转录因子家族的全基因组鉴定与系统分析，并成功鉴定出SvMYB18、SvMYB24和SvMYB74三个新型的转录因子。它们不仅在表达模式上与木质化进程高度同步，在共表达网络中与木质素代谢基因紧密关联，更重要的是，在功能上被证实能够直接激活包括禾本科特有成分三针叶草素合成关键酶基因在内的木质素生物合成基因的启动子。

　　：首次报道了可能参与调控禾本科特异性木质素单体——三针叶草素代谢的转录因子，为完全解析三针叶草素-木质素的生物合成与调控网络迈出了关键一步。2.

　　：为利用合成生物学或基因工程手段，通过调控特定MYB转录因子来精准改良禾本科作物的细胞壁特性（如降低木质化程度改善消化率，或改变木质素组分提高生物质转化效率）提供了重要的候选基因资源。3.

　　：所采用的多组学数据整合与实验验证相结合的筛选流程，为在其他非模式植物中高效挖掘具有重要农艺性状调控功能的关键转录因子提供了可借鉴的方案。总之，该研究加深了我们对禾本科植物木质化这一复杂生物学过程的转录调控理解，为面向生物经济和可持续农业的禾本科作物分子设计育种奠定了理论基础。