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Horticulture Res|西北农林科技大学揭示苹果SERRATE通过调节MdMYB基因以及microRNA来负调控抗旱性

Horticulture Res|西北农林科技大学揭示苹果SERRATE通过调节MdMYB基因以及microRNA来负调控抗旱性

2020年7月1日,西北农林科技大学的研究人员于Horticulture ResearchIF:5.404)上发表了一篇题为“Apple SERRATE negatively mediates drought resistance by regulating MdMYB88 and MdMYB124 and microRNA biogenesis”的研究文献,该文献揭示了苹果SERRATE通过调节MdMYB88和MdMYB124以及microRNA来负调控抗旱性。

文章来源

背景

SERRATE是保守的真核RNA加工因子影响了mRNA的选择性剪切SE也在内含子剪切功能方面发挥作用,以促进内含子的靶向基因相关联的转录。干旱胁迫是影响苹果产量和品质的主要限制因素。ABA是一种干旱诱导的植物激素,在植物对环境胁迫的反应中起重要作用。MdMYB88和MdMYB124是苹果干旱胁迫的两个正调节剂,本研究表明MdSE通过负调控MdMYB88和MdMYB124介导的ABA稳态而参与了苹果的抗旱性。


结果

MdSE与MdMYB88和MdMYB124相互作用并降低其转录本和蛋白质水平

通过BiFC分析证实了MdSE与MdMYB88或MdMYB124之间的相互作用,并通过Co-IP分析进一步证实了该相互作用。然而酵母双杂交分析所示,MdSE与酵母中的MdMYB88不相互作用,表明MdSE与MdMYB88或MdMYB124的物理相互作用可能需要其他成分。蛋白质印迹分析表明在干旱条件下,MdSE降低了MdMYB88和MdMYB124蛋白的水平。

转录和蛋白表达水平
图1:MdSE通过与它们相互作用来降低MdMYB88和MdMYB124的转录本和蛋白质水平

MdSE亚细胞定位和表达分析

根据瞬时表达分析,YFP-MdSE融合蛋白存在于烟草细胞核中。SE 主要在花中表达,其次是茎,叶和根。所述MDSE表达水平响应于干旱胁迫。

亚细胞定位结果

图2:MdSE亚细胞定位和表达分析

MdSE是抗旱性的负调节剂

为了了解MdSE在苹果干旱反应中的生物学功能,研究了MdSE转基因植物和非转基因GL-3植物的耐旱性。结果MdSE RNAi植物具有更高的光合作用速率和水分利用效率。MdSE OE植物对干旱胁迫更为敏感。数据表明MdSE负调节苹果的抗旱性。

干旱反应表型
图3:MdSE转基因植物对干旱胁迫的反应

MdSE调节干旱条件下的气孔孔径和ABA积累

MdSE在MdNCED3转录物和ABA含量下的调控对干旱进行了研究。qRT-PCR分析,干旱诱导的MdNCED3表达在MdSE RNAi植物中明显较高,但在MdSE OE植物中则低于GL-3植物。LC-MS分析表明MdSERNAi植物含有显着更多的ABA,但MdSE OE植物对干旱的响应比GL-3植物要少MdSE RNAi植物对ABA诱导的气孔关闭高度敏感,而MdSE OE植物则不那么敏感

ABA含量
图4:MdSE RNAi和MdSE OE植物中的ABA反应和含量

MdSE富含MdNCED3启动子

研究MDSE是否通过MdNECD3影响相关联的表达水平MdNCED3启动子。ChIP-qPCR结果显示,MdNCED3处MdSE富集在MdMYB88和MdMYB124结合的同一区域中的启动子。还使用双荧光素酶法检测MdSE对MdNCED3表达的影响。结果表明,MdMYB88和MdMYB124增强MdNCED3表达。这些结果表明,MdSEMdNCED3的调节取决于其与MdMYB88和MdMYB124的关联。

活性结果

图5:MdSE富含MdNCED3启动子,并降低了MdNCED3活性

MdSE调节干旱条件下苹果中miRNA的功能

使用qPCR分析了干旱响应性miRNA的表达在干旱条件下,这些miRNA的表达水平在MdSE RNAi植物中降低,表明MdSE和SE在miRNA表达中具有相似的作用。数据表明,MdSE与SE 在miRNA表达中具有相似的功能,并通过调控干旱负责的miRNA负调控干旱。

miRNA表达

图6:MdSE影响苹果响应干旱的miRNA表达
结论

我们的研究阐明了MdSE在抗旱胁迫中的作用。MdSE通过影响miRNA的表达并负调控MdMYB88和MdMYB124的蛋白质积累,从而在抗旱性中发挥负作用,从而导致ABA积累的负调控。我们的研究提供了对MdSE应对干旱胁迫的复杂机制的更深入了解,并确定了通过分子育种改善干旱的候选基因。


参考文献
【1】Clarke, J. H., Tack, D. F., Findlay, K. M., Van Montagu, M. & Van Lijsebettens, M.The SERRATE locus controls the formation of the early juvenile leaves and phase length in Arabidopsis. Plant J. 20, 493–501 (1999).
【2】Prigge, M. J. & Wagner, D. R. The Arabidopsis SERRATE gene encodes a zinc-finger protein required fornormal shoot development. Plant Cell 13,1263–1279 (2001).
【3】Raczynska, K. D. et al. The SERRATE protein is involved in alternative splicing in Arabidopsis thaliana. Nucleic Acids Res. 42, 1224–1244 (2014).

该研究得到了国家重点研究发展计划和国家自然科学基金的支持。

论文链接:
https://doi.org/10.1038/s41438-020-0320-6
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2020年7月1日,西北农林科技大学的研究人员于Horticulture Research(IF:5.404)上发表了一篇题为“Apple SERRATE negatively mediates drought resistance by regulating MdMYB88 and MdMYB124 and microRNA biogenesis”的研究文献,该文献揭示了苹果SERRATE通过调
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