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HR|中国农业大学研究团队利用EMSA等技术揭示了 转录因子 通过直接促进铜转运蛋白基因MdHMA5的表达来提高铜耐受性

作者:南京瑞源生物技术有限公司 浏览: 发表时间:2021-07-08 09:56:43

土壤中极度过量的铜会导致叶片萎黄,限制苹果树的生长,并大大降低产量;然而,果园土壤轻度至中度铜污染,不会引起这些症状,可能对人类健康构成更大威胁。因此,阐明苹果对过量铜响应的分子机制对于监测铜污染和抗铜苹果品种的分子育种非常重要。  

近日中国农业大学研究团队在Horticulture Research 发表了一篇名为“MdWRKY11 improves copper tolerance by directly promoting the expression of thecopper transporter gene MdHMA5“的文章揭示了转录因子MdWRKY11 通过直接促进铜转运蛋白基因MdHMA5的表达来提高铜耐受性。


在这里,我们表明 MdWRKY11 通过直接促进MdHMA5的转录来增加 Cu 耐受性。MdHMA5 是一种铜转运蛋白,可在根细胞壁和茎中储存过量的铜,以实现苹果对铜的耐受性。过量的铜会高度诱导转录因子 MdWRKY11。MdWRKY11在转基因苹果中的过表达增强了铜的耐受性并减少了铜的积累。用MdWRKY11改造的苹果愈伤组织-RNAi 构建体表现出相反的表型。两者的体内染色质免疫沉淀测定和体外电泳迁移率变动分析表明MdWRKY11结合于启动子MdHMA5。此外,如定量 PCR 所揭示的,MdWRKY11 促进了转基因苹果植物中MdHMA5 的表达。此外,通过 RNA 干扰抑制MdWRKY11表达导致MdHMA5转录显着减少。因此,MdWRKY11 直接调节MdHMA5转录。


为了确定MdWRKY11过表达如何增加铜耐受性,我们分析了参与铜吸收和转运的关键基因的表达。在这些基因的表达,MdHMA5,其编码的Cu-特定转运蛋白,类似地,过表达MdWRKY11 的转基因愈伤组织中的MdHMA5表达比对照愈伤组织高近 50%。相反,在用MdWRKY11转化的愈伤组织中,MdHMA5 的表达降低至对照水平的近一半RNA构建体(图a)。这些结果表明,MdWRKY11正调节MdHMA5的表达。

MdWRKY11 与启动子结合并激活MdHMA5的表达

为了测试MdHMA5是否受 MdWRKY11直接调节,我们分别使用染色质免疫沉淀 (ChIP)-qPCR 和 EMSA在体内和体外检查了 MdWRKY11 是否与MdHMA5启动子结合。ChIP-qPCR 分析表明,含有MdHMA5启动子的 W-box 基序的 P2 片段在转基因品系的样品中富集(图b),证实MdWRKY11在体内与MdHMA5启动子特异性结合。EMSA 证明了 MdWRKY11 与 MdHMA5 的 P2 片段的结合体外启动子。通过添加 100 倍或 200 倍过量的未标记竞争剂,这种结合以剂量依赖性方式降低。此外,当探针含有突变的W-box元件时,结合完全消除,进一步证实MdHMA5启动子的P2片段的W-box是MdWRKY11的结合位点(图c)。


我们的工作导致鉴定了一种新的 MdWRKY11-MdHMA5 通路,该通路介导了苹果的铜抗性。铜污染已成为苹果园中的一个严重问题,它会影响苹果的生长并降低其产量。重要的是,人类健康可能会受到有毒苹果果实的生产1 的威胁。了解苹果抗铜机制是抗铜苹果品种分子育种的基础。


文献链接:10.1038/s41438-020-0326-0

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