近日，植物学领域权威期刊The Plant Journal在线发表了我院王中华教授和汪勇副教授团队题为“BdFAR4, a root-specific fatty acyl-coenzyme A reductase, is involved in fatty alcohol synthesis of root suberin polyester in Brachypodium distachyon”的研究论文。汪勇副教授、已毕业研究生徐佳竞和在读研究生何兆峰为论文共同第一作者，汪勇副教授、李春莲副教授和王中华教授为论文共同通讯作者。该研究从遗传和生化的角度阐明了二穗短柄草根部木栓质的合成和调控机制。
木栓质(Suberin)是一种由酚类、甘油、脂肪酸衍生物和初级脂肪醇组成的疏水性次生代谢产物，广泛沉积于植物的周皮、地上表皮和地下根部。木栓质作为一种保护性屏障，不仅能控制水分和营养元素的运输，而且能有效抵御病原菌和有毒气体的入侵，同时在植物响应非生物胁迫中发挥重要作用。二穗短柄草具有基因组小，生长周期短，易于遗传转化等特点，是研究小麦和大麦等禾本科作物的新型模式植物。二穗短柄草根部木栓质主要由脂肪酸（C16–C22）、脂肪醇（C16–C22）、ω-羟基酸（C16–C22）和α,ω-二羧酸（C16–C24）组成，但是各个木栓质组分的合成和调控机制仍知之甚少。
植物根部木栓质脂肪醇的合成
本研究从二穗短柄草中鉴定了一个编码脂肪酰辅酶A还原酶（FAR）的BdFAR4基因，该基因只在根部特异表达。BdFAR4在酵母中的异源表达可以合成C20:0和C22:0脂肪醇。为进一步验证BdFAR4参与根部木栓质合成的功能，研究人员成功利用CRISPR/Cas9系统编辑二穗短柄草品种Bd21的BdFAR4基因，与野生型相比，转基因编辑系根部木栓质相关的C20:0和C22:0脂肪醇含量显著降低，而过量表达系中C20:0和C22:0脂肪醇含量又显著升高，表明BdFAR4特异地以C20:0和C22:0脂肪酰辅酶A为底物合成C20:0和C22:0脂肪醇。BdFAR4蛋白定位于内质网上，非生物胁迫和ABA处理均可诱导BdFAR4的表达，同时干旱胁迫和盐处理显著提高二穗短柄草根部木栓质的含量。此外，作者还鉴定到一个R2R3-MYB转录因子BdMYB41。酵母单杂、双荧光素酶和EMSA实验均表明：BdMYB41直接结合到BdFAR4启动子区调控其表达。BdFAR4在番茄中异源表达显著增加了根部木栓质相关脂肪醇的含量，表明BdFAR4可通过分子育种和转基因策略提高作物根部木栓质的含量，进而提高作物的抗旱性。该研究得到中国博士后科学基金特别资助和陕西省自然科学基金重点项目的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15249
