木本植物形成层活动的分子调控机制

肽受体通过与质膜上的受体激酶相互作用，控制植物的发育和生理过程，如植物维管形成层干细胞增殖分化[43]。其中WOX基因家族成员WOX4作为形成层活性的调控枢纽，调控形成层活性，WOX4蛋白正向调控杨树形成层细胞的增殖分化[44]。WOX14与WOX4协同作用于形成层细胞增殖[45]。WOX4和WOX14已被证明是TDIF/CLE41/44信号通路的下游靶点，正向调控形成层活性[44, 46]。在杨树中，对WOX4基因进行RNAi干涉，抑制转基因植株次生生长，结果表明：WOX4基因正向调控树木维管形成层活性[44, 47]。BUSH等[48]通过实验揭示了控制形成层维持的肽-受体-转录因子信号通路TDIF/CLE41/ CLE44-TDR/PXY，该信号通路正向调控WOX4和WOX14的表达，促进形成层活性提高[49]。KNOX基因家族KNAX I/BP影响形成层细胞分裂，过表达KNAX I/BP的同源基因ARK2，抑制杨树木材形成[50]。DU等[50]报道了ARK2负调控木质部分化的同时，也刺激形成层细胞分裂，表明ARK2与WOX4协同调控形成层活性。

三角状五肽重复蛋白(PPR)是线粒体编码基因RNA代谢的关键调控因子，PPR14编码RFL蛋白，并在杨树茎中高表达，其中RFL30过表达抑制生长素积累，形成层细胞和木质部细胞层数显著减少[51]。同时，通过生化实验发现：杨树ARF7蛋白通过直接结合WOX4和PIN1基因的启动子，整合赤霉素信号和生长素信号调控杨树维管形成层活性，促进生长素累积和形成层活性提高[52]。DELLA蛋白为赤霉素信号转导的阻遏子，可以发现它与ARK2、WOX4、赤霉素受体GID1发生互作，抑制杨树形成层分裂活性，赤霉素水平上升后，DELLA蛋白降解，促进ARK2与WOX4的表达，增强形成层的活性[3, 52]。

在转基因杨树中，TANG 等[53]通过实验鉴定到了1个泛素化受体DA1，研究分析表明：DA1负调控形成层活性，且酵母双杂筛选结果验证了DA1与WOX4拮抗作用于调控形成层活性，DA2介导的泛素化途径调控WOX4蛋白的稳定性，调控DA1-WOX4蛋白复合体以抑制形成层活性，揭示了转录水平上调控杨树形成层发育的新途径，可作为木材生物量改良的潜在方向。

短肽信号分子 CLE20蛋白在白杨 Populus alba木质部组织中表达并抑制形成层活性和细胞分裂相关基因表达，导致细胞层数减少[54]。在NAC结构域蛋白基因家族中，白杨VND和NST1/3参与木质部分化[55−57]。表2总结了参与调控木本植物维管形成层活动的多肽及其功能。

表 2  参与调控木本植物维管形成层活动的多肽

Table 2.  Peptides involved in regulating the activities of the vascular cambium of woody plants

在杨树中发现了1种类受体蛋白激酶ASX，敲除后会导致木质部细胞中次生细胞壁的增厚，抑制形成层细胞向木质部细胞分化，SERK2/4通过催化ASX磷酸化，促进树木的木材形成[58]。细胞分裂素受体基因组氨酸激酶PtHK3a/3b在分裂的杨树形成层细胞中以高水平表达[38]。综上可以得出：PtHK3a/3b能够促进形成层细胞分裂分化，而ASX负调控形成层活性。以后需要加强这些受体激酶在维管形成层活动过程中功能差异的研究。在杨树中，HD-ZIP III/HB基因家族中的HB4过表达能增强形成层活性和诱导束间形成层形成，HB4负调控PIN1表达，抑制了束间形成层发育[59]。此外发现HB5和HB7诱导形成层活性和木质部分化[60−61]。研究发现了2个来自杨树的MADS-box转录因子VCM1和VCM2，抑制维管形成层增殖活性和木材形成[62]，且VCM1基因负调控PIN5表达，VCM 1和 VCM 2能抑制维管形成层增殖活性和次生生长[62]。研究鉴定出95个在维管形成层特异表达的转录因子VCS，其中VCS2负调控WOX4表达，表明VCS2负调控维管形成层增殖[63]。生长素响应因子ARF5与VCS2一样，抑制形成层活性[10, 44]。杨树中转录因子ANT在形成层中表达，细胞分裂素调控ANT和细胞周期蛋白CYCD3;1，通过形成层细胞的增殖实现根茎增粗[64]。MYB转录因子参与调控植物的发育和代谢，调节次生细胞壁的形成[65]。在柳杉Cryptomeria fortunei中，MYB转录因子和miRNA差异表达显著减少，使形成层细胞提前结束休眠。过表达MYB6显著抑制杨树次生木质部细胞壁的沉积[66−67]。表3总结了参与调控木本植物维管形成层活动的转录因子及其靶基因。

表 3  参与调控木本植物维管形成层活动的转录因子

Table 3.  Transcription factors involved in the regulation of vascular cambium activities in woody plants