MYB68亚家族转录因子通过调控干细胞增殖和木栓质沉积协调木栓分化的分子机制

本研究揭示了MYB68亚家族转录因子在拟南芥根中调控木栓分化的双重作用：一方面激活木栓质(Suberin)生物合成和聚合酶基因表达，另一方面通过干扰WOX4和BP功能抑制木栓形成层增殖。研究人员通过遗传学、转录组学和生化分析，发现MYB68亚家族成员特异性抑制干细胞活性，而木栓质沉积则由多组MYB共同调控，为植物屏障组织工程提供了新靶点。

　　

在植物生长发育过程中，如何形成有效的保护屏障抵御环境胁迫一直是关键科学问题。木栓层作为植物次生保护组织，其发育过程涉及干细胞增殖与分化的精确调控，但背后的分子机制尚不明确。更令人困惑的是，虽然已知木栓质(Suberin)这种疏水聚合物对屏障功能至关重要，但调控其沉积的分子网络仍存在大量空白。

德国弗莱堡大学(University of Freiburg)和蒂宾根大学植物分子生物学中心(ZMBP-Center for Plant Molecular Biology, University of Tubingen)的David Molina等研究人员在《Cell Reports》发表的研究，系统阐明了MYB68亚家族转录因子在木栓分化中的核心作用。这项研究不仅揭示了木栓发育的调控机制，更为设计具有改良屏障特性的作物提供了理论依据。

研究团队主要运用了以下关键技术：组织特异性基因诱导系统(如pGPAT5:MYB68-GR)、高分辨率共聚焦显微成像、木栓质荧光标记(FY染色)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析、烟草瞬时表达系统以及全基因组转录组测序(RNA-seq)。通过构建多重突变体，研究人员在拟南芥模型中系统解析了基因功能。

MYB68亚家族成员在木栓发育过程中均有表达
通过启动子-荧光报告系统发现，MYB68亚家族6个成员在木栓发育过程中呈现重叠但差异的表达模式。MYB68主要在木栓形成层和少量木栓细胞中表达，而MYB84表达则向木栓层扩展，这种表达特征暗示它们在木栓分化早期发挥作用。

MYB68及其同源基因促进木栓质沉积
四重突变体myb37 myb38 myb68 myb84表现出木栓质严重减少，GC-MS分析显示脂肪族组分显著降低。通过烟草瞬时表达系统证实，MYB68能直接激活木栓质合成酶基因(FAR4、GPAT5)和聚合酶基因(GELPs)的启动子。特别值得注意的是，在木栓中特异性诱导MYB68可增加木栓质积累，而MYB36和MYB84则无此效果，显示亚家族成员间的功能特异性。

GELP酯酶调控木栓质聚合
研究发现5个GDSL型酯酶(GELP22/38/51/49/96)在木栓中特异性表达，其五重突变体几乎完全丧失木栓质荧光信号。遗传回补实验表明，单独表达GELP51即可挽救myb68 myb84突变体的表型，证实这些聚合酶是MYB68下游执行木栓质沉积的关键效应因子。

独特的干细胞增殖抑制功能
EdU标记实验显示，myb37 myb38 myb68 myb84四重突变体中木栓形成层细胞分裂增加。值得注意的是，虽然其他亚家族MYB(如MYB41/53/92/93)也参与调控木栓质沉积，但只有MYB68亚家族成员具有抑制干细胞增殖的能力。这种双重调控通过干扰WOX4和BP的活性实现，在木栓形成层中诱导MYB68会导致额外木栓层的形成。

不同MYB亚家族的功能分工
研究发现木栓质沉积受多组MYB共同调控，体现为robust调控特性。MYB41/53/92/93等虽然也能调节木栓质合成，但不影响干细胞活性。这种功能分化可能解释为何植物进化出多套MYB调控网络来控制关键屏障特性的形成。

这项研究首次系统阐明了木栓分化的转录调控框架，发现MYB68亚家族通过"双重开关"机制协调干细胞活动与分化进程。这些发现不仅深化了对植物发育可塑性的认识，更具有重要应用价值：通过精准调控MYB活性，可设计具有更厚木栓层或更高木栓质含量的作物，从而提高抗旱性、抗病性和土壤碳封存能力。研究揭示的保守调控机制，为林木、块茎作物等重要经济植物的遗传改良提供了新思路。