2022-10-30 16:50:30 劉小鳳
近日，植物保護學院植物免疫研究團隊在《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)同調控小麥抗旱性的作用機理。植保學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。
小麥是全球干旱、半干旱地區(qū)的主要糧食作物，保障小麥安全高效生產，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，小麥生產受到非生物脅迫危害日益嚴重，其中干旱脅迫已經成為限制小麥生產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答反應。雖然脯氨酸合成關鍵基因P5CS和P5CR在植物干旱脅迫應答中的作用已被報道，然而，干旱脅迫下負責脯氨酸合成的轉錄調控機制仍不清楚。
近年來研究表明，乙烯響應因子（ERFs）在調控植物干旱脅迫應答中具有重要作用。該研究利用轉錄組測序的方法（RNA-seq）鑒定了一個在PEG誘導的脫水脅迫應答中起重要作用的樞紐基因TaERF87?；虮磉_分析發(fā)現(xiàn)TaERF87在干旱、乙烯以及ABA處理下均上調表達。在小麥中過表達TaERF87可以提高植株脯氨酸含量并增強小麥的抗旱性，而TaERF87沉默后小麥脯氨酸含量及抗旱性降低。進一步通過轉錄組測序挖掘了受TaERF87調控的脯氨酸生物合成相關基因TaP5CS1和TaP5CR1，并通過分子生物學實驗驗證了TaERF87通過直接結合基因啟動子區(qū)GCC-box/E-box元件并激活TaP5CS1和TaP5CR1的表達。此外，TaP5CS1過表達小麥株系的脯氨酸含量及抗旱性均高于野生型植株。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，TaERF87能夠與bHLH轉錄因子TaAKS1發(fā)生互作，并協(xié)同增強TaP5CS1和TaP5CR1的表達，進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轉錄因子可結合TaERF87和TaAKS1啟動子區(qū)ABRE應答元件并激活基因的表達?？傊撗芯筷U明了TaABF2-TaERF87/TaAKS1-TaP5CS1/TaP5CR1模塊介導的小麥抗旱應答機制，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答中的作用模式
旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室實驗平臺為文章完成提供了技術支持。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金等項目的資助。
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