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植物衰老調控新機制研究成果

2021-04-13 00:00:00
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項目成果/簡介:

揭示了模式植物擬南芥WRKY家族轉錄因子WRKY75與植物激素水楊酸 (SA)以及活性氧(ROS)形成正向促進調控環,協同調控葉片衰老的分子機制。該研究提出了植物葉片衰老進程的晚期具有不可逆性以及分子機制,加深了對植物葉片衰老的理解,為通過分子育種延緩植物葉片衰老進而提高糧食產量提供了理論依據。

葉片是植物光合作用的主要器官,葉片早衰影響作物的產量和品質,給農業生產帶來了很大的損失。衰老是葉片發育的最后階段,是一個受到嚴格遺傳調控的程序化的細胞死亡的過程。影響葉片衰老的因素諸多,包括葉齡、植物激素、活性氧含量等內因以及干旱、極限溫度、生物脅迫和非生物脅迫等外因,因此葉片衰老的過程并不是受某個單一因素調控,而是存在一個非常復雜的調控網絡。該研究通過葉片衰老表型分析篩選到一個葉片延緩衰老的植株WRKY75RNAi,研究發現,WRKY75RNAi植株表現出明顯的葉片延緩衰老的表型,以及通過CRISPR-Cas9 的方法定向敲除WRKY75基因獲得的wrky75-KO 的植株也表現出葉片晚衰的表型,而組成型過表達WRKY75則引起葉片過早衰老。

進一步研究表明,WRKY75基因表達受到葉片年齡、水楊酸和活性氧的誘導,同時通過全基因組轉錄組分析、基因表達分析以及基因與蛋白互作分析發現WRKY75直接促進水楊酸合成關鍵基因SID2的轉錄,并且抑制過氧化氫(H 2 O 2 )的清除基因CAT2的表達,最終導致水楊酸和過氧化氫的積累。而已知水楊酸和過氧化氫可以互相促進,因此WRKY75、水楊酸和過氧化氫三者形成兩兩互相促進的調控環。在葉片發育的早期,三者的含量均保持在較低的水平,而隨著葉片年齡逐漸增加,由于正循環的存在使得三者的含量遞增,直至達到某一個閾值后出現不可逆轉的增長,進而推動葉片衰老不可逆轉地向前推進。該正循環調控網絡在分子水平上揭示了WRKY75調控葉片衰老的分子機制,解釋了植物衰老晚期具有不可逆性的原因。

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