古老同源基因PtoWRKY53创新杨树木质部转录调控网络的系统发育地层学证据

研究人员通过系统发育地层学(phylostratigraphy)和转录组学整合分析，揭示了杨树次生维管系统调控网络的进化轨迹。研究发现51%的调控基因源自最古老的系统发育层(PS1)，其中65%的基因扩张由全基因组复制(WGD)驱动。特别值得注意的是，来自PS1的古老同源基因(ohnologue)PtoWRKY53通过新功能化形成了新的木质部转录调控网络，转基因实验证实其通过抑制PtoCESA3表达影响次生壁合成，导致株高降低26.39%、茎粗减少18.36%。该研究为理解木本植物次生维管系统形态创新的遗传机制提供了重要见解。

　　

系统发育地层学(phylostratigraphic)分析揭开了杨树(Populus)次生维管系统进化的神秘面纱。这项跨越五个系统发育分支、涵盖六个杨树物种的研究发现，超过51%的调控基因都源自最古老的系统发育层PS1。全基因组复制(WGD)事件驱动了PS1层基因65%的扩张规模。通过系统发育转录组(phylotranscriptomic)和基因共表达网络分析，研究者锁定了三个PS1家族的剂量非敏感型同源基因(ohnologue)：MYB结构域蛋白、NAC结构域蛋白和WRKY DNA结合蛋白，这些基因在木质部表现出特异性高表达。

其中，古老同源基因PtoWRKY53尤为引人注目。该基因通过新功能化(neofunctionalization)构建了全新的木质部转录调控网络。转基因分析显示，PtoWRKY53能转录抑制PtoCESA₃基因，从而阻碍木质部次生壁的生物合成，最终导致转基因杨树株高降低26.39%，茎粗缩减18.36%。这一发现生动诠释了古老基因与全基因组复制事件的协同作用如何塑造杨树次生维管系统的形态创新。