小黑杨WOX4a启动子克隆及表达活性分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.03.006

摘要/Abstract

摘要：

茎作为林木主要的库器官之一，提升其库强（sink strength）对提高木材产量具有重要意义。WOX4属于WUSCHEL-related homeobox（WOX）转录因子家族，其核心功能在于维持维管形成层干细胞的活性并促进其增殖，是调控植物茎与根次生生长的关键因子，在茎的木质部发育过程及根中呈现高表达特征。本研究以小黑杨（Populus×xiaohei）为研究材料，利用RT-qPCR技术分析小黑杨WOX4a基因（PxWOX4a）在不同组织部位的相对表达量；利用GUS染色技术对pPxWOX4a：：GUS转基因植株进行染色，通过观察GUS信号，进一步分析PxWOX4a启动子在不同组织中的表达模式。结果表明：WOX4a基因在小黑杨茎中高表达，通过克隆其上游1 742 bp的启动子及顺式作用元件分析发现，该启动子序列包含G‑box、I‑box、Box4等多个光响应元件。构建pBI121‑pPxWOX4a：：GUS报告载体，转化84K杨（P. alba×P. glandulosa ‘84K’），分子鉴定表明：pPxWOX4a：：GUS已整合到84K杨基因组中。RT‑qPCR表达分析及GUS组织化学染色结果表明，PxWOX4a启动子能驱动GUS基因在84K杨的茎中高表达。上述结果表明：本研究从小黑杨中克隆获得的PxWOX4a启动子，具有驱动外源基因在茎中特异高表达的活性。该启动子的克隆对利用基因工程手段调节杨树等林木茎部组织的库强，进而提高木材产量具有一定的实践意义；同时，为利用茎部特异表达启动子进行木材形成相关基因的功能解析提供了新的途径。

关键词: 杨树, 茎, PxWOX4a启动子, 启动子活性, GUS染色

Abstract:

The stem， as one of the main storage organs of trees， plays a crucial role in wood production； enhancing its storage capacity（sink strength） is of great significance for increasing wood yield. WOX4 belongs to the WUSCHEL-related homeobox（WOX） transcription factor family and functions in maintaining vascular cambium stem cell activity and promoting cell proliferation， thereby regulating secondary growth in stems and roots. It is highly expressed during xylem development in stems and roots. In this study， RT-qPCR was used to analyze the relative expression levels of the PxWOX4a gene in different tissues. In addition， transgenic plants harboring the pPxWOX4a：：GUS construct were subjected to GUS staining to further analyze the expression pattern of the PxWOX4a promoter. The results showed that WOX4a was highly expressed in the stems of Populus×xiaohei. The upstream 1 742 bp promoter region was cloned， and cis-acting element analysis revealed that it contained multiple light-responsive elements， including G-box， I-box， and Box4. A reporter vector（pBI121-pPxWOX4a：：GUS） was generated and transformed into P. alba×P. glandulosa ‘84K’. Molecular analysis confirmed stable integration of the transgene into the genome. RT-qPCR and GUS histochemical staining demonstrated that the PxWOX4a promoter drove strong expression of the GUS gene in stems. These results indicated that the PxWOX4a promoter cloned from Populus × xiaohei exhibited stem-specific and high activity. It therefore provides a useful tool for stem-targeted genetic engineering to regulate wood formation and improve biomass yield in poplar and other forest trees.

Key words: poplar, stem, PxWOX4a promoter, promoter activity, GUS staining

中图分类号:

S714.7

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图/表 10

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参考文献 25

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元件 Elements	序列 Sequence	功能 Function	数量 Amount
TGA-element	AACGAC	生长素响应元件Auxin-responsive element	1
ABRE	ACGTG/CACGTG	脱落酸响应元件Abscisic acid responsiveness	4
ARE	AAACCA	厌氧诱导元件Anaerobic induction	4
G-Box	CACGAC/TACGTG	光响应元件Light responsiveness	5
HD-Zip 1	CAAT（A/T）ATTG/TGATAATGT	参与栅栏组织生长元件Palisade mesophyll cells	1
MBS	CAACTG	MYB结合位点MYB binding site	1
Box 4	ATTAAT	光响应元件Light responsiveness	1
chs-CMA1a	TTACTTAA	光响应元件Light responsiveness	1
I-box	CCATATCCAAT/TGATAATGT	光响应元件Light responsiveness	3
TCCC-motif	TCTCCCT	光响应元件Light responsiveness	1
MYB binding site	CAACAG	MYB结合位点 MYB binding site	3