PopbZIP2与PopMYB4互作协同调控林木生长与抗性
bZIP转录因子参与植物不定根再生和抗逆,因此全面揭示杨树响应胶孢炭疽菌转录调控机制并且鉴定关键基因的分子功能,为杨树炭疽病的防治提供理论依据。采用PCR技术从 84K杨 cDNA中扩增PopbZIP2 基因,对其编码的蛋白序列进行理化性质分析。利用生物信息学分析,对该蛋白的保守结构域、进化关系、亲疏水性、跨膜区域、信号肽、磷酸化位点、二级结构进行分析。采用农杆菌介导的烟草叶片瞬时转化试验分析蛋白亚细胞定位情况;通过酵母转化筛选试验分析蛋白的转录激活活性;通过RT-qPCR分析基因的时空表达模式;借助基因共表达及功能注释与富集分析解析基因集参与到的生物学过程和代谢通路。之后利用生物信息学方法和分子实验验证 PopbZI P2 的分子功能。PopbZIP2 具有典型的 bZIP 结构域和 C 端激活区,PopbZIP2 为核定位蛋白,且在酵母中具有转录激活活性。基因时空表达模式分析结果表明,PopbZIP2 在 84K杨的茎和叶中均有表达,且主要在植物的成熟叶片中进行表达,在 120 h对胶孢炭疽菌的响应最为显著。利用愈伤法构建 PopbZIP2 的过表达株系后,对其生理指标进行一列的测定,发现该基因的过表达植株的根、茎、叶和木质部宽度均显著优于野生型且利用胶孢炭疽菌孢子液侵染野生型和过表达植株发现PopbZIP2 过表达后增强植物抗病性。结合过表达植株的RNA-seq结果和DAP-seq的结果鉴定到PopbZIP2 可以直接靶向两个与抗病相关的基因 PopAPA1 和 PopGRF3 增强植物抗病,靶向两个生长相关基因-PopYUCCA2 和 PopSAUR32 加速植物生长。通过酵母双杂实验筛库发现从蛋白水平上PopbZIP2 可以与 PopMYB4 发生互作,互作后减弱 PopbZIP2 的 DNA 结合活性。最终阐明了PopbZIP2/PopMYB4 的相对丰度决定了植物在应对病原菌胁迫上花费多少能量。当 PopbZIP2 的含量高于PopMYB4 时,植物对病原菌有积极响应,表现出花青素积累、生长素和赤霉素合成和信号转导通路激活等,因此表现抗病和加速生长;当PopMYB4 的含量高于PopbZIP2 时,PopbZIP2 的功能受到抑制,植物表现出生长抑制和易感表型,最终协同植物的生长和抗病过程。84k PopbZIP2 可以通过激活抗病和生长相关途径的关键酶基因和其他转录因子的表达调控植物生长和抗性。
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