近日，我校生物科学与技术学院康向阳教授团队在New Phytologist（一区Top）和International Journal of Biological Macromolecules（一区Top）杂志分别发表了题为" MYC2 regulates stomatal density and water use efficiency via targeting  EPF2 / EPFL4 / EPFL9 in poplar"，以及"Stomatal density suppressor  PagSDD1 is a ‘generalist’ gene that promotes plant growth and improves water use efficiency"的研究论文，研究揭示了 PpnMYC2 影响植物气孔密度和水分利用效率的分子机制，以及气孔密度抑制因子 PagSDD1 对植物营养生长和水分利用效率的影响等。

研究表明，气孔密度受EPF/EPFL家族多个基因的影响，但其上游调控因子尚不清楚。作者利用三倍体杨树的转录组数据进行了TGMI网络构建，发现 PpnMYC 2与气孔发育相关基因 PpnEPF 2、 PpnEPFL 4、 PpnEPFL 9存在相关性。过表达 PpnMYC2 杨树和拟南芥的气孔密度均显著降低，且过表达 PpnMYC 2植株具有更高的水分利用效率。转录组测序显示，过表达 PpnMYC 2促进了气孔密度抑制因子 PagEPF2 和 PagEPFL 4的表达，并抑制了气孔密度促进因子 PagEPFL 9的表达。酵母单杂交、EMSA、Chip-qPCR和双荧光素酶报告基因检测实验证实了 PpnMYC 2直接调控 PagEPF 2、 PagEPFL 4和 PagEPFL 9影响气孔密度(图1-a)。 PpnMYC2 、 PpnEPF2 和 PpnEPFL4 基因在三倍体中表达上调，而 PpnEPFL9 基因表达下调，是三倍体植物气孔密度稀疏的原因之一(图1-b)。

图1 转录因子MYC2调控气孔密度(a)及多倍体气孔密度降低(b)分子模型

SDD1 作为一个丝氨酸蛋白酶，是气孔密度抑制因子，迄今未见 SDD1 调控植物营养生长的研究报道。作者发现 SDD1 在三倍体杨树中顶芽、幼叶、成熟叶中均显著上调表达，推测 SDD1 除了调控气孔发生发育外，可能参与调控三倍体杨树的营养生长。进而在银腺杨84K中克隆了 PagSDD1 基因，发现过表达 PagSDD1 杨树、大豆和生菜的叶片气孔密度显著降低且气孔尺寸增大。过表达 PagSDD1 抑制气孔发育关键基因 PagEPF1 、 PagEPF2 、PagEPFL9 、 PagSPCH 、 PagMUTE 和 PagFAMA 的表达，并促进其受体 PagTMM 和 PagERECTA 表达。 PagSDD1 -OE杨树转录组测序表明，与光合速率正相关的 PagLHCB2.1 、 PagGRF5 等基因，以及与细胞分裂分化相关的 PagCYCA3;4 ， PagEXPA8 等基因显著上调，促进叶片光合作用和生长素以及细胞分裂素的积累以及营养生长。表明 SDD1 是一个兼具调控植物气孔发生发育以及营养生长和抗逆性的“多面手”基因，过表达可使杨树、大豆、生菜生物量提高约70%、176%、155%，杨树叶片水分利用效率提高52%以上（图2），对于开展兼顾生长和节水目标性状植物分子设计育种具有重要价值。

图2 过表达 SDD1 杨树、大豆、生菜表型变异

生物科学与技术学院博士研究生夏宇飞为两篇论文的第一作者，康向阳教授为通讯作者。博士研究生江慎秀、舒江海和团队青年教师杜康，以及中国农科院助理研究员武文琦、中国林科院热林所助理研究员韩强等参与了相关研究。成果属于“十四五”国家重点研发计划课题“林木三倍体高效诱导技术究（2021YFD2200105）”的主要内容。

原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19531，https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129721