文獻(xiàn)題目：A HECT‐Type E3 Ubiquitin Ligase TaUPL21 Promotes Root Development in Caucasian Clover by Directly Activating Transcription of TaAGL29

發(fā)表期刊：Plant Cell Environment

影響因子：6.3

物種：三葉草

發(fā)表單位：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)

發(fā)表時(shí)間：2026年3月1日

藍(lán)景科信提供：DAP-seq技術(shù)服務(wù)

主要研究結(jié)果

高加索三葉草是多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，根系發(fā)達(dá)、耐寒耐旱、水土保持能力突出，是飼草生產(chǎn)與生態(tài)修復(fù)的優(yōu)勢(shì)種質(zhì)資源。HECT型E3泛素連接酶（UPL）是植物生長(zhǎng)發(fā)育的核心調(diào)控因子，但傳統(tǒng)研究?jī)H聚焦其泛素化降解功能，該類蛋白在牧草根系發(fā)育中的調(diào)控機(jī)制長(zhǎng)期未被解析。

研究團(tuán)隊(duì)從高加索三葉草中鑒定出32個(gè)TaUPL基因，其中TaUPL21在根莖芽中特異性高表達(dá)，成為調(diào)控根系生長(zhǎng)的核心候選基因。功能驗(yàn)證顯示，過(guò)表達(dá)TaUPL21可顯著提升根長(zhǎng)、根體積、根尖數(shù)與根表面積，直接證實(shí)其正向驅(qū)動(dòng)根系發(fā)育的關(guān)鍵作用。通過(guò)DAP-seq全基因組鑒定TaUPL21結(jié)合位點(diǎn)，兩個(gè)生物學(xué)重復(fù)分別鑒定出1607和1066個(gè)結(jié)合峰，其中11.2%的峰位精準(zhǔn)定位在基因啟動(dòng)子區(qū)域；GO與KEGG富集顯示其靶基因參與次生代謝、基因組穩(wěn)定、表觀調(diào)控、脅迫響應(yīng)與發(fā)育調(diào)控等多種過(guò)程。進(jìn)一步Y(jié)1H、Dual-Luc等證實(shí)TaUPL21可直接結(jié)合TaAGL29啟動(dòng)子并發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用，顯著上調(diào)其表達(dá)水平。過(guò)表達(dá)TaAGL29同樣顯著促進(jìn)根長(zhǎng)、鮮重增加與生根能力提升，與TaUPL21表型高度一致。綜上表明，TaUPL21–TaAGL29通路是調(diào)控高加索三葉草根系發(fā)育的關(guān)鍵分子模塊。

該研究揭示了植物HECT型E3泛素連接酶兼具泛素連接酶與轉(zhuǎn)錄激活子雙重功能，突破了植物E3泛素連接酶的傳統(tǒng)功能認(rèn)知，為豆科牧草根系結(jié)構(gòu)改良、抗逆性提升與高產(chǎn)育種提供了全新基因資源與理論支撐，對(duì)推動(dòng)優(yōu)質(zhì)飼草育種創(chuàng)新、助力生態(tài)修復(fù)與畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要應(yīng)用價(jià)值。

圖1. 大豆與高加索三葉草TaUPL基因家族的最大似然（ML）系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)及該家族在三葉草不同根部位的表達(dá)水平。（A）基于全長(zhǎng)序列、經(jīng)1000次自展檢驗(yàn)構(gòu)建的大豆與高加索三葉草TaUPL基因家族最大似然（ML）系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。（B）TaUPL家族在三葉草不同根部位的表達(dá)水平。

圖2. TaUPLs的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、保守基序與基因結(jié)構(gòu)域。（A）基于全長(zhǎng)序列、經(jīng)1000次自展檢驗(yàn)構(gòu)建的TaUPL蛋白最大似然（ML）系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。（B）TaUPLs的結(jié)構(gòu)域分布。（C）TaUPL蛋白中保守基序的分布。

圖3. TaUPL21的最大似然（ML）系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)、氨基酸多序列比對(duì)、蛋白表達(dá)結(jié)果、三維結(jié)構(gòu)與疏水性分析。（A）基于全長(zhǎng)序列、經(jīng)400次自展檢驗(yàn)構(gòu)建的TaUPL21最大似然（ML）系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。（B）TaUPL21的氨基酸多序列比對(duì)。（C）蛋白表達(dá)結(jié)果。（D）TaUPL21蛋白的三維結(jié)構(gòu)。（E）疏水性分析。

圖4. 高加索三葉草TaUPL21過(guò)表達(dá)毛狀根表型及相關(guān)指標(biāo)。（A–D）高加索三葉草中過(guò)表達(dá)TaUPL21的毛狀根。（E）過(guò)表達(dá)TaUPL21的根體積。（F）過(guò)表達(dá)TaUPL21的根分叉數(shù)。（G）過(guò)表達(dá)TaUPL21的根長(zhǎng)。（H）過(guò)表達(dá)TaUPL21的根尖數(shù)。（I）過(guò)表達(dá)TaUPL21的根表面積。

圖5. TaUPL21DNA結(jié)合活性的DAP-seq分析與功能驗(yàn)證。（A）TaUPL21DAP-seq實(shí)驗(yàn)兩個(gè)技術(shù)重復(fù)間峰的一致性分析。（B）TaUPL21結(jié)合峰在各功能區(qū)域（如啟動(dòng)子、外顯子、內(nèi)含子）的基因組注釋統(tǒng)計(jì)。（C）從TaUPL21識(shí)別區(qū)間富集得到的保守基序。（D）所有TaUPL21靶基因的結(jié)合位點(diǎn)中心到轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）的距離分布。

圖6. TaUPL21直接結(jié)合并正向調(diào)控TaAGL29。（A）TaAGL29啟動(dòng)子序列及重要順式作用元件分布。（B）TaUPL21與TaAGL29啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)。（C）酵母單雜交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證TaUPL21結(jié)合TaAGL29啟動(dòng)子。（D）瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)所用效應(yīng)子與報(bào)告子載體示意圖。（E）TaUPL21與TaAGL29啟動(dòng)子的瞬時(shí)表達(dá)轉(zhuǎn)錄調(diào)控實(shí)驗(yàn)。（F）轉(zhuǎn)化楊樹(shù)原生質(zhì)體12小時(shí)后檢測(cè)的LUC/REN相對(duì)熒光素酶活性。

圖7. 高加索三葉草TaAGL29過(guò)表達(dá)毛狀根表型、根長(zhǎng)與根鮮重。（A）高加索三葉草中過(guò)表達(dá)TaAGL29的毛狀根。（B）過(guò)表達(dá)TaAGL29的根長(zhǎng)。（C）過(guò)表達(dá)TaAGL29的根鮮重。

圖8. TaUPL21–TaAGL29通路促進(jìn)高加索三葉草根系發(fā)育。

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