DAP-seq技術在研究木薯響應干旱脅迫分子機制中的應用
更新時間：2022-10-28 點擊次數：1790次
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的主要糧食作物之一。干旱脅迫嚴重影響木薯的產量和品質。鑒定木薯中重要的抗旱基因，對于培育抗旱高產木薯新品種具有非常重要的意義。2022年9月1日，中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所功能基因研究組的最新研究成果，在學術期刊Plant Biotechnology Journal上發表，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親和純化測序(DAP-seq) 技術鑒定了木薯中轉錄因子MeTGA2的結合基序、預測了其靶點。進一步研究揭示了MeGRXC3調控過氧化氫酶活性響應植物干旱脅迫的分子機制，為利用基因工程策略開發抗旱高產木薯新品種提供了寶貴的基因資源。
谷氧還蛋白(GRXs)在植物響應環境變化的活性氧(ROS)穩態中發揮至關重要的作用。研究人員在木薯中發現了幾種對干旱敏感的CC型GRXs。然而，CC型GRXs如何調控干旱脅迫下木薯的ROS穩態尚不清楚。該研究對MeGRXC3基因參與木薯ROS信號轉導和干旱脅迫響應的分子機制進行了深入的探究。
該團隊通過目標區間重測序和抗旱指標的關聯分析，確定了MeGRXC3與干旱脅迫下木薯葉片中的過氧化氫酶活性顯著相關。通過抗旱表型分析，發現MeGRXC3負調控干旱和脫落酸誘導的氣孔關閉，從而影響轉基因木薯的干旱耐受性。進一步分析發現，MeGRXC3可以拮抗性調控過氧化氫在木薯葉片表皮細胞和保衛細胞中的分布。
圖1. MeGRXC3與轉錄因子MeTGA2在細胞核中相互作用
(a) 酵母雙雜交實驗表明MeGRXC3與MeTGA2相互作用。(b) 雙分子熒光互補實驗表明在煙葉中MeGRXC3與MeTGA2可以在體內相互作用。(c) 在酵母中MeTGA2具有轉錄激活活性。(d) DAP-seq鑒定了木薯MeTGA2結合的motif。(e) 基于DAP-seq分析，鑒定了木薯中MeTGA2的靶點基因。通過蛋白免疫共沉淀技術從木薯葉片中篩選到3個可能與MeGRXC3互作的過氧化氫酶蛋白，隨后證實了MeGRXC3可以分別與過氧化氫酶MeCAT1、MeCAT2相互結合，并調控其過氧化氫酶活性。此外，研究團隊發現MeGRXC3可以通過與轉錄因子MeTGA2互作來調控多個脅迫相關轉錄因子基因的表達，并通過轉錄因子MeMYB63調控過氧化氫酶MeCAT7基因的表達，從而在轉錄水平上調控過氧化氫酶的活性。以上研究揭示了MeGRXC3通過活性氧平衡調控植物干旱脅迫響應的分子機制，同時展現了MeGRXC3基因在提升干旱環境下木薯塊根產量方面的潛在應用價值。
圖2. MeGRXC3調控過氧化氫酶響應干旱脅迫的作用模式
該研究揭示了CC型谷氧還蛋白MeGRXC3在轉錄水平及轉錄后水平調控過氧化氫酶的活性，影響過氧化氫在葉片表皮不同類型細胞中的分布，從而調控木薯對干旱脅迫的響應。該研究結果有助于理解谷氧還蛋白GRXs通過活性氧平衡調控木薯干旱脅迫響應的復雜機制，同時為利用MeGRXC3基因培育抗旱高產木薯新品種提供了一種新策略。
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