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园艺科学与工程学院王小非教授团队揭示AP2/ERF转录因子MdDREB2A调控干旱胁迫下的碳氮营养平衡的机制

作者:王小非记者:通讯员:摄影: 出处:园艺科学与工程学院发布时间:2024-02-26

近日,园艺科学与工程学院王小非教授团队在《Plant Cell & Environment》在线发表了题为“The AP2/ERF transcription factor MdDREB2A regulates nitrogen utilisation and sucrose transport under drought stress”的研究论文,揭示了AP2/ERF转录因子MdDREB2A调控干旱胁迫下的氮素利用和蔗糖转运的分子机制。

干旱胁迫是限制植物生长发育的主要环境因子之一,它通过改变代谢活动和生物学功能限制植物的生长发育,最终导致作物质量和产量的下降。植物通过改变根系构型、诱导气孔关闭和抑制地上部的生长来适应土壤水分的变化。氮是植物最重要的大量营养元素之一,它调节植物生长和发育过程,水分缺乏会限制氮素的吸收利用,使植株生长矮小。蔗糖是植物的主要碳源之一,它通过韧皮部从源组织运输到库组织。水分亏缺增强了蔗糖从地上部到地下部的运输,从而提高了对非生物胁迫的耐受性。然而,干旱胁迫对植物生长和碳氮代谢的影响在木本植物中的研究较少。

AP2/ERF转录因子DREB2A在维持植物生长、响应干旱胁迫中起着关键作用,但这一过程的分子机制仍有待阐明。本研究中发现,MdDREB2A通过与MdNIR1启动子结合,促进氮素在根系的积累,抑制其向地上部的转运,从而正向调节氮利用。此外,MdDREB2A还可以直接与MdSWEET12的启动子结合,促进干旱条件下的蔗糖转运,从而促进根系发育和氮素同化,最终促进植物生长。总之,这一调控机制为植物在干旱胁迫下协调抗旱性和氮素同化以维持植物的最佳生长发育提供了思路。


干旱胁迫下MdDREB2A介导氮代谢和蔗糖运输,激活的DREB2A直接上调干旱响应基因RD29A和RD29B的表达,以增强耐旱性。此外,干旱诱导的MdDREB2A直接与蔗糖转运蛋白MdSWEET12启动子结合,并激活SUTs基因的表达,从而促进蔗糖从地上部到地下部的运输。同时,MdDREB2A还可以直接激活MdNIR1的表达,促进氮代谢和植物生长,参与硝酸盐同化和吸收的其他基因也被上调。总体而言,MdDREB2A介导的碳转运和氮代谢的协同调节促进了干旱条件下碳和氮养分的再分配和有效利用,从而平衡植物生长和干旱胁迫耐受性。

欧洲尺码日本尺码专线与石河子大学联合培养博士生张婷婷和中国科学院上海植物逆境生物学研究中心已毕业博士生林宇菁为论文共同第一作者,欧洲尺码日本尺码专线王小非教授、南方科技大学郎曌博教授和西北农林科技大学管清美教授为共同通讯作者。欧洲尺码日本尺码专线由春香教授、张振鲁副教授、张帅副教授、石河子大学鲁晓燕教授参与了该工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金重大基础研究项目和中国农业农村部的资助。


编      辑:万    千 

审      核:贾    波 



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