木材來源于樹木莖干的次生生長，具有重要的經濟價值。其中，木纖維作為木材主要的細胞類型，其獨特的形態特征與次生細胞壁（Secondary Cell Walls, SCWs）的沉積模式密切相關。在木纖維細胞分化過程中，細胞膨脹與SCW增厚的時序協調受發育信號與環境因素的精細調控。生長素作為調控植物發育的關鍵內源激素信號，在樹木莖干中主要聚集于維管形成層區域，其調控形成層細胞活性的分子機制已較為明晰。然而，生長素如何精準調控木纖維細胞的生長與次生細胞壁的沉積起始，仍是木材發育領域尚未解決的關鍵科學問題。

近日，西南大學生命科學學院羅克明/許長征教授團隊在Nature Plants發表了題為The auxin-PLETHORA 5 module regulates wood fibre development in Populus tomentosa的研究論文。該研究揭示了生長素信號在維管形成層中的核心作用，闡明其如何協同調控木纖維細胞的生長與木質化過程。研究發現，生長素信號通過激活轉錄因子 PLETHORA 5 (PLT5) 的表達，以非細胞自主性方式調控木纖維細胞次生細胞壁沉積的起始。此外，該研究提出“生長素-PLT5-SND1”分子調控通路，為解析木材形成過程中細胞分化的時序調控機制提供了重要證據。

通過構建 WOX4a 啟動子驅動 IAA9m 的毛白楊形成層特異性生長素信號抑制轉基因株系，研究發現，形成層中生長素信號的削弱顯著推遲了木纖維細胞次生細胞壁沉積的起始，并增加了木纖維細胞的長度，證實生長素在協調木纖維細胞膨脹與次生細胞壁沉積中的關鍵作用。進一步結合多組學分析和 CRISPR/Cas9 基因編輯技術，研究團隊鑒定出 PLT5a 及其同源蛋白 PLT5b 為形成層特異性、響應生長素信號的轉錄因子，并揭示其表達受生長素響應因子 ARF5 的直接調控。在 plt5a plt5b 雙突變體中，次生木纖維細胞的 SCW 沉積顯著提前，細胞長度大幅縮短；而 PLT5a 過表達株系則表現出木纖維細胞長度增加、SCW 沉積延遲的表型。值得注意的是，PLT5 主要影響木纖維細胞的發育，而對導管細胞無顯著作用。結合細胞生長建模分析與生化實驗證據，研究進一步發現 PLT5 能直接抑制次生細胞壁沉積關鍵基因 SND1 的表達，從而負調控木纖維細胞的 SCW 合成，實現細胞生長與木質化進程的動態平衡。

綜上所述，該研究提出“生長素-PLT5-SND1”調控模型，揭示生長素通過 PLT5 精細調控木纖維發育的分子級聯通路。這一發現不僅深化了對木材形成過程中細胞分化時序調控機制的理解，還為定向改良木材纖維品質（如木纖維長度、細胞壁厚度）提供了關鍵靶點，對速生優質林木新品種的分子育種具有重要的指導意義。

生長素-PLT5分子通路調控楊樹木材纖維發育的分子機制示意圖

西南大學生命科學學院許長征教授和羅克明教授為論文共同通訊作者。西南大學生命科學學院碩士研究生劉帥（已畢業，現為中國科學院分子植物卓越創新中心在讀博士生）和付小康副教授為論文共同第一作者。西南大學生命科學學院碩士生王玥、杜雪蓮（已畢業，現為德國波恩大學在讀博士生）、羅蓮佳（已畢業）、陳棟、博士生劉淳昭、胡建（已畢業）參與了本項工作。清華大學/北京林業大學鄔榮領教授等參與了本研究數據分析工作。中科院分子植物卓越創新中心李來庚研究員為本研究提供了重要指導。東北林業大學姜立泉教授，李偉教授，北京林業大學陸海教授，西南大學張勇教授為本研究給予了大力支持和幫助。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委資助及西部（重慶）科學城種質創制大科學中心的支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-025-01931-z