植物免疫研究團(tuán)隊(duì)揭示了基因協(xié)同調(diào)控小麥抗旱性的作用機(jī)理
作者：劉小鳳 毛虎德 來源： 發(fā)布日期：2022-10-24 瀏覽次數(shù)：
近日,，我院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在國際期刊 《New Phytologist 》上在線發(fā)表了題為“TaERF87 and TaAKS1 synergistically regulate TaP5CS1/TaP5CR1-mediated proline biosynthesis to enhance drought tolerance in wheat”的研究論文,。該研究挖掘了小麥抗旱新基因 TaERF87 ,，并揭示了TaERF87與TaAKS1協(xié)同調(diào)控小麥抗旱性的作用機(jī)理,。
小麥?zhǔn)侨蚋珊?、半干旱地區(qū)的主要糧食作物,，保障小麥安全高效生產(chǎn),，對(duì)確保我國乃至世界糧食安全具有舉足輕重的地位和作用,。但是,，隨著全球氣候變暖,，小麥生產(chǎn)受到非生物脅迫危害日益嚴(yán)重，其中干旱脅迫已經(jīng)成為限制小麥生產(chǎn)的主要非生物逆境因子之一,。因此,，挖掘小麥抗旱基因，揭示小麥抗旱分子機(jī)理,，對(duì)于小麥抗旱改良具有重要意義,。研究表明，脯氨酸含量的增加是植物對(duì)長時(shí)間水分虧缺做出的一種應(yīng)答反應(yīng),。雖然脯氨酸合成關(guān)鍵基因 P5CS 和 P5CR 在植物干旱脅迫應(yīng)答中的作用已被報(bào)道,，然而，干旱脅迫下負(fù)責(zé)脯氨酸合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制仍不清楚,。
近年來研究表明,，乙烯響應(yīng)因子（ERFs）在調(diào)控植物干旱脅迫應(yīng)答中具有重要作用。該研究利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的方法（RNA-seq）鑒定了一個(gè)在PEG誘導(dǎo)的脫水脅迫應(yīng)答中起重要作用的樞紐基因 TaERF87 ,?；虮磉_(dá)分析發(fā)現(xiàn) TaERF87 在干旱、乙烯以及ABA處理下均上調(diào)表達(dá),。在小麥中過表達(dá) TaERF87 可以提高植株脯氨酸含量并增強(qiáng)小麥的抗旱性,，而 TaERF87 沉默后小麥脯氨酸含量及抗旱性降低。進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序挖掘了受TaERF87調(diào)控的脯氨酸生物合成相關(guān)基因 TaP5CS1 和 TaP5CR1 ，并通過分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了TaERF87通過直接結(jié)合基因啟動(dòng)子區(qū)GCC-box/E-box元件并激活 TaP5CS1 和 TaP5CR1 的表達(dá),。此外,， TaP5CS1 過表達(dá)小麥株系的脯氨酸含量及抗旱性均高于野生型植株。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，TaERF87能夠與bHLH轉(zhuǎn)錄因子TaAKS1發(fā)生互作,，并協(xié)同增強(qiáng) TaP5CS1 和 TaP5CR1 的表達(dá)，進(jìn)而提高脯氨酸的生物合成及小麥抗旱性,。此外,，該研究還發(fā)現(xiàn)TaABF2轉(zhuǎn)錄因子可結(jié)合 TaERF87 和 TaAKS1 啟動(dòng)子區(qū)ABRE應(yīng)答元件并激活基因的表達(dá)?？傊?，該研究闡明了TaABF2-TaERF87/TaAKS1-TaP5CS1/TaP5CR1模塊介導(dǎo)的小麥抗旱應(yīng)答機(jī)制，為小麥抗旱改良提供了重要的基因資源,。
TaABF2-TaERF87/TaAKS1-TaP5CS1/TaP5CR1模塊在小麥干旱脅迫應(yīng)答中的作用模式
我院康振生院士和毛虎德研究員為該論文的通訊作者,，研究生杜琳穎和黃雪玲副研究員為論文的共同第一作者。旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為文章完成提供了技術(shù)支持,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金,、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的資助,。
原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18549
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
