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贵大、贵师:NMT发现WRKY70促拟南芥吸Cd2+ 为发现TaWRKY70与TaCAT5启动子结合参与响应重金属胁迫奠定基础


 

 

 

 

基本信息

主题:NMT发现WRKY70促拟南芥吸Cd2+ 为发现TaWRKY70与TaCAT5启动子结合参与响应重金属胁迫奠定基础

期刊:Environmental and Experimental Botany

影响因子:5.545

研究使用平台NMT重金属创新平台

标题:TaWRKY70 positively regulates TaCAT5 enhanced Cd tolerance in transgenic Arabidopsis

者:贵州大学任明见、贵州师范大学杜旭烨、Zhenzhen Jia、李木子

 

检测离子/分子指标

Cd2+

 

检测样品

拟南芥根分生区

 

中文摘要(谷歌机翻)
      WRKY转录因子(TFs)参与了植物对多种生物和非生物胁迫的响应;然而,WRKY TFs在小麦响应Cd胁迫中的调控作用仍然未知。本文研究了小麦TaWRKY70 TF在Cd胁迫下的机制。在拟南芥中表达TaWRKY70来进行功能分析。TaWRKY70通过Cd在根中积累而不是在叶片中积累来调节Cd耐受性表达TaWRKY70后,拟南芥根系的Cd2+内流速率减少。定量实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,Cd胁迫下,heavy metal ATPase (AtHMA3)natural resistance-associatedmacrophage protein (AtNRAMP5) yellow stripe1-like (AtYSL3)、和iron transport protein (AtIRT1)的表达水平降低。转基因拟南芥的电解质渗漏率、丙二醛和过氧化氢含量均低于野生型,而抗氧化酶活性则高于野生型电泳迁移率变化实验(EMSA)、酵母单杂实验(Y1H)和瞬时反式激活实验证明TaWRKY70可以直接结合到TaCAT5启动子上。本研究的发现为WRKY TFs参与重金属胁迫响应的提供了新的理解。

 

离子/分子流实验处理方法

20μM CdCl2处理8 h。

 

离子/分子流实验结果

      使用非损伤微测技术(NMT)检测了拟南芥根部的Cd2+净流速(图1)。转基因拟南芥根部的Cd2+净内流速率高于WT的结果表明,TaWRKY70促进了转基因拟南芥对Cd的吸收。

 

图1.WT和转基因拟南芥根部的Cd2+内流速率。负值代表Cd2+吸收。

 

其他实验结果

  • TaWRKY70-GFP荧光信号仅在细胞核中瞬时表达,表明TaWRKY70为核蛋白。
  • 利用qRT-PCR分析Cd胁迫下小麦根和地上部分中TaWRKY70的表达。结果表明,TaWRKY70在小麦根和地上部组织中均受Cd胁迫高度诱导。
  • 在表达DNA顺式作用元件W-box和TaWRKY70的拟南芥中,GUS染色和活性下降,表与只表达W-box的拟南芥相比,TaWRKY70与W-box基序特异结合。
  • TaWRKY70增加了酵母的Cd富集能力
  • Western blot分析表明,TaWRKY70在只转基因植株中表达;在Cd处理下,WT株系的发芽率、初生根长、生物量小于TaWRKY70转基因植株;这些结果表明,TaWRKY70参与了拟南芥对Cd胁迫的响应,增强了拟南芥对Cd的耐受性。
  • Cd胁迫下,转基因拟南芥根部的电解质渗漏、叶片的H2O2和O2-浓度明显低于WT,CAT活性明显高于WT。这些结果表明,TaWRKY70的表达改善了拟南芥的ROS清除系统,赋予其对Cd胁迫的抗性。
  • 用荧光探针检测Cd2+在拟南芥根和叶的分布,发现转基因株系根部组织中的荧光强度比WT的强。然而,转基因株系叶片的荧光强度比WT弱。
  • 转基因拟南芥的根组织Cd含量高于WT,而地上部组织Cd含量低于WT。
  • 在转基因拟南芥中,作为Cd转运体的AtNRAMP5AtHMA3AtYSL3、和AtIRT1基因被30 μM的Cd诱导表达,但这些基因在转基因植物中的表达水平明显低于WT。结果表明,TaWRKY70通过抑制转运体基因的表达与Cd的稳态有关。
  • TaWRKY70通过与TaCAT5启动子的W-box基序相互作用来激活TaCAT5的表达。

 

结论
      总之,小麦TaWRKY70在拟南芥中的表达降低了拟南芥的Cd转移系数,降低了拟南芥的Cd耐受性。此外,研究确定TaWRKY70是通过调节TaCAT5的表达来应对Cd胁迫的。总的来说,这项研究为进一步确定TaCAT5的功能和Cd响应机制提供了重要发现。

 

 

测试液

0.02 mM CdCl2, 0.01 mM CaCl2, pH 6.0

 

NMT实验标准化方案

·重金属研究NMT标准化方案

 

NMT仪器信息

 

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

 

 

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847221002215?via%3Dihub

 

供稿:赵雪琦
编辑:刘兆义

 

关键小麦;WRKY70;阳离子氨基酸转运体5;镉;植物类