DAP-seq技術(shù)在木薯響應(yīng)干旱脅迫分子機(jī)制研究中的應(yīng)用

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氧化氫酶活性顯著相關(guān)。通過抗旱表型分析，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

通過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互作的過氧化氫酶蛋白，隨后證實(shí)了MeGRXC3可以分別與過氧化氫酶MeCAT1、MeCAT2相互結(jié)合，并調(diào)控其過氧化氫酶活性。此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)MeGRXC3可以通過與轉(zhuǎn)錄因子MeTGA2互作來調(diào)控多個(gè)脅迫相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá)，并通過轉(zhuǎn)錄因子MeMYB63調(diào)控過氧化氫酶MeCAT7基因的表達(dá)，從而在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)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(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)控過氧化氫酶的活性，影響過氧化氫在葉片表皮不同類型細(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。