胡杨PeRAX2通过抑制PeANN1表达调控镉胁迫响应的分子机制及其在植物修复中的应用价值

本研究针对木本植物镉(Cd2+ )污染修复效率提升的关键科学问题，揭示了胡杨R2R3-MYB转录因子PeRAX2通过特异性结合PeANN1启动子抑制基因表达的新机制。研究人员综合运用DNA pull-down、EMSA、Y1H和VIGS等技术，发现PeRAX2-PeANN1调控模块可显著降低Cd2+ 积累，维持ROS稳态，为定向改造植物Cd2+ 吸收/耐受性提供了新型分子靶标。

　　

随着工业活动加剧，土壤镉(Cd²⁺
)污染已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题。虽然植物修复技术被公认为经济有效的治理手段，但传统超积累植物存在生物量小、修复周期长等局限。木本植物因其生长快速、生物量大等优势成为理想候选，然而其重金属耐受分子机制尚不明确。尤其令人困惑的是，同源基因在不同物种中可能发挥截然相反的功能——胡杨PeRAX2在拟南芥中促进Cd²⁺
吸收基因AtANN1表达，但在本物种中的调控网络却成谜。

为破解这一科学难题，中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表重要成果。研究采用多组学联用策略，通过启动子顺式元件分析、蛋白质-DNA互作验证、基因功能获得/缺失实验等系统解析了PeRAX2-PeANN1模块的调控机理。特别运用了DNA pull-down筛选转录因子、EMSA验证结合特异性、Y1H确定体内互作、VIGS介导基因沉默以及LUC报告基因检测等关键技术，所有实验均以100 μM CdCl²
处理的胡杨幼苗为材料。

Cadmium treatment of poplars
研究发现100 μM CdCl²
胁迫下，胡杨PeRAX2转录水平显著上调而PeANN1表达受抑，暗示二者存在负调控关系。

Cis-regulatory elements within the PeANN1 promoter
1858 bp的PeANN1启动子区含有MYB结合位点在内的多种胁迫响应元件，为转录调控提供结构基础。

Identification of transcription factors
DNA pull-down联合质谱鉴定出PeRAX2是PeANN1启动子的特异性结合蛋白，EMSA和Y1H进一步证实该互作依赖MYB核心识别序列。

PeRAX2 restricts the uptake of cadmium facilitated by PeANN1
瞬时过表达实验显示：PeRAX2通过抑制PeANN1使胡杨叶片Cd²⁺
含量降低37%；反之PeANN1过表达导致Cd²⁺
积累增加2.1倍，伴随光合参数下降和ROS爆发。LaCl³
处理证实该过程依赖钙通道。

Conclusion
研究首次揭示R2R3-MYB转录因子的物种特异性调控模式：在胡杨中PeRAX2通过结合PeANN1启动子形成负反馈回路，而在拟南芥中则激活同源基因表达。这种"阴阳"调控机制为精准设计植物修复策略提供新思路——既可培育高富集品种用于污染治理，也能创制低积累作物保障食品安全。该发现对理解植物重金属胁迫适应的进化分异具有重要理论价值，相关分子模块已申请专利用于林木遗传改良。