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DAP-seq技術(shù)在研究木薯響應(yīng)干旱脅迫分子機(jī)制中的應(yīng)用

來(lái)源:藍(lán)景科信河北生物科技有限公司   2022年10月28日 14:51  
木薯(Manihot esculenta Crantz)是一種重要的熱帶作物,是熱帶和亞熱帶干旱地區(qū)的主要糧食作物之一。干旱脅迫嚴(yán)重影響木薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。鑒定木薯中重要的抗旱基因,對(duì)于培育抗旱高產(chǎn)木薯新品種具有非常重要的意義。

2022年9月1日,中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所功能基因研究組的最新研究成果,學(xué)術(shù)期刊Plant Biotechnology Journal上發(fā)表,文章題目為 “A CC-type glutaredoxin, MeGRXC3, associates with catalases and negatively regulates drought tolerance in cassava (Manihot esculenta Crantz)”。該期刊的影響因子為13.263。該研究使用DNA親和純化測(cè)序(DAP-seq) 技術(shù)鑒定了木薯中轉(zhuǎn)錄因子MeTGA2的結(jié)合基序、預(yù)測(cè)了其靶點(diǎn)。進(jìn)一步研究揭示了MeGRXC3調(diào)控過(guò)氧化氫酶活性響應(yīng)植物干旱脅迫的分子機(jī)制,為利用基因工程策略開(kāi)發(fā)抗旱高產(chǎn)木薯新品種提供了寶貴的基因資源。

谷氧還蛋白(GRXs)在植物響應(yīng)環(huán)境變化的活性氧(ROS)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。研究人員在木薯中發(fā)現(xiàn)了幾種對(duì)干旱敏感的CC型GRXs。然而,CC型GRXs如何調(diào)控干旱脅迫下木薯的ROS穩(wěn)態(tài)尚不清楚。該研究對(duì)MeGRXC3基因參與木薯ROS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和干旱脅迫響應(yīng)的分子機(jī)制進(jìn)行了深入的探究。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)目標(biāo)區(qū)間重測(cè)序和抗旱指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析,確定了MeGRXC3與干旱脅迫下木薯葉片中的過(guò)氧化氫酶活性顯著相關(guān)。通過(guò)抗旱表型分析,發(fā)現(xiàn)MeGRXC3負(fù)調(diào)控干旱和脫落酸誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉,從而影響轉(zhuǎn)基因木薯的干旱耐受性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),MeGRXC3可以拮抗性調(diào)控過(guò)氧化氫在木薯葉片表皮細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞中的分布。

圖1. MeGRXC3與轉(zhuǎn)錄因子MeTGA2在細(xì)胞核中相互作用


(a) 酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)表明MeGRXC3與MeTGA2相互作用。(b) 雙分子熒光互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)表明在煙葉中MeGRXC3與MeTGA2可以在體內(nèi)相互作用。(c) 在酵母中MeTGA2具有轉(zhuǎn)錄激活活性。(d) DAP-seq鑒定了木薯MeTGA2結(jié)合的motif。(e) 基于DAP-seq分析,鑒定了木薯中MeTGA2的靶點(diǎn)基因。
通過(guò)蛋白免疫共沉淀技術(shù)從木薯葉片中篩選到3個(gè)可能與MeGRXC3互作的過(guò)氧化氫酶蛋白,隨后證實(shí)了MeGRXC3可以分別與過(guò)氧化氫酶MeCAT1MeCAT2相互結(jié)合,并調(diào)控其過(guò)氧化氫酶活性。此外,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MeGRXC3可以通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子MeTGA2互作來(lái)調(diào)控多個(gè)脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá),并通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子MeMYB63調(diào)控過(guò)氧化氫酶MeCAT7基因的表達(dá),從而在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控過(guò)氧化氫酶的活性。以上研究揭示了MeGRXC3通過(guò)活性氧平衡調(diào)控植物干旱脅迫響應(yīng)的分子機(jī)制,同時(shí)展現(xiàn)了MeGRXC3基因在提升干旱環(huán)境下木薯塊根產(chǎn)量方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。


圖2. MeGRXC3調(diào)控過(guò)氧化氫酶響應(yīng)干旱脅迫的作用模式


該研究揭示了CC型谷氧還蛋白MeGRXC3在轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控過(guò)氧化氫酶的活性,影響過(guò)氧化氫在葉片表皮不同類(lèi)型細(xì)胞中的分布,從而調(diào)控木薯對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)。該研究結(jié)果有助于理解谷氧還蛋白GRXs通過(guò)活性氧平衡調(diào)控木薯干旱脅迫響應(yīng)的復(fù)雜機(jī)制,同時(shí)為利用MeGRXC3基因培育抗旱高產(chǎn)木薯新品種提供了一種新策略。




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