近日，北京林业大学林学院李国雷教授团队在植物学顶级期刊New Phytologist （一区TOP，五年影响因子10.5）上发表了题为“Genomic basis of the distinct biosynthesis of β-glucogallin, a biochemical marker for hydrolysable tannin production, in three oak species”的研究论文，首次解析了栓皮栎、槲栎（ Q. aliena ）、槲树（ Q. dentata ）壳斗中水解单宁含量差异的原因。

研究发现，栓皮栎壳斗水解单宁含量高达17.6%，远高于槲栎、槲树。为了解释这一现象背后的原因，团队首先组装了栓皮栎、槲栎、槲树三个高质量参考基因组，Contig N50达到10Mb以上，LAI均在15左右，gap数量仅84~128个。通过对三种栎树壳斗的代谢组进行分析，鉴定出β-没食子酰葡萄糖（β-glucogallin）是栎树壳斗水解单宁的代表性物质，其含量与水解单宁含量相关性高达0.99。对比较基因组、代谢组、转录组进行联合分析，找到了调控β-没食子酰葡萄糖和水解单宁合成的关键酶UGT84A13。体外酶活实验证明了三种栎树UGT84A13均具有对没食子酸的催化活性，而它们壳斗水解单宁含量的差异是由UGT84A13的表达差异造成。

对栓皮栎不同器官的转录组数据进行WGCNA和mfuzz分析，结合GO富集结果，筛选出了27个与 U  GT84A13 共表达的转录因子，其中14个与 U  GT84A13 的表达显著相关，8个membership大于0.8的转录因子中有7个属于WRKY家族。双荧光素酶实验表明WRKY32和WRKY59能够调控栓皮栎 U  GT84A13 的表达，但不能调控槲栎、槲树 U  GT84A13 的表达。同时发现栓皮栎 U  GT84A13 启动子与槲栎、槲树 U  GT84A13 启动子的差异较大，栓皮栎 U  GT84A13 启动子中一段214bp的插入，引入了一个新的W-box元件（WRKY的结合位点）。利用酵母单杂和启动子删减后的双荧光素酶实验，证明了WRKY32/59能够结合在栓皮栎这段插入片段上，并通过启动子上这段差异影响三种栎树 U  GT84A13 表达。

据悉，单宁依据结构可分为水解单宁和缩合单宁两大类。水解单宁不仅能够提高植物本身抗性，对于动物来说还具有抗菌消炎、促消化、防腹泻等能力，并且因其容易水解，不会产生抗营养作用，是良好的“天然抗生素”，大量应用于养殖业。栓皮栎（ Q  uercus   variabilis ）等栎树壳斗富含水解单宁，在果实成熟后掉落在林地中容易收集，具有资源量大、采收成本低、对林分干扰小等优点，利用壳斗提取水解单宁符合我国目前生态文明建设与林下经济发展需求。目前我国主要从壳斗中提取单宁制备栲胶用于鞣皮制革，将栎树壳斗作为水解单宁的提取原料能够提高壳斗附加值，形成我国水解单宁特色替抗产业。

由于模式植物拟南芥、番茄、杨树等主要含缩合单宁，因此人们对水解单宁合成机制关注较少，仅基本明确了水解单宁合成的酶促反应过程，其所受转录调控有待研究，不同树种间水解单宁含量差异的原因尚不清楚。该研究从基因组、代谢组、转录组以及转录调控角度，首次揭示了不同种栎树壳斗中水解单宁合成差异的原因，丰富了水解单宁合成的调控网络，为定向培育高水解单宁栎树提供了靶标。

林学院青年教师杨钦淞、博士生郦金今、中国农业大学博士后王妍为论文的共同第一作者，李国雷教授为论文的通讯作者。研究受到“十四五”国家重点研发计划重点专项（2021YFD2200302）、国家自然科学基金青年基金（32201544）以及中国博士后科学基金（2021M700451）等项目资助。