2022-10-30 16:50:30 劉小鳳
近日，植物保護(hù)學(xué)院植物免疫研究團(tuán)隊在《New Phytologist》在線發(fā)表題為“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。植保學(xué)院康振生院士和毛虎德研究員為論文通訊作者，研究生杜琳穎和黃雪玲副研究員為論文共同第一作者。
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長時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)錄組測序的方法（RNA-seq）鑒定了一個在PEG誘導(dǎo)的脫水脅迫應(yīng)答中起重要作用的樞紐基因TaERF87。基因表達(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啟動子區(qū)ABRE應(yīng)答元件并激活基因的表達(dá)。總之，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
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)平臺為文章完成提供了技術(shù)支持。研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金等項目的資助。
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