The JcWRKY tobacco transgenics showed improved photosynthetic efficiency and wax accumulation during salinity
- 作者
- Prashant More, Parinita Agarwal, Priyanka S. Joshi, Pradeep K. Agarwal
- 杂志
- Scientific Reports（2019）
- DOI
- 10.1038/s41598-019-56087-6
- 所属领域
- 植物逆境生物学
- 关键词
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解决的核心问题
盐胁迫下JcWRKY转录因子如何通过调控光合效率和表皮蜡质积累来增强植物耐盐性
研究策略
使用JcWRKY过表达烟草转基因系（L41、L43、L46），设置NaCl、SA及NaCl+SA处理，比较野生型与转基因系在光合气体交换、叶绿素荧光、蜡质组分、气孔行为及下游基因表达上的差异
核心内容
该研究以JcWRKY过表达烟草转基因系（L41、L43、L46）为材料，设置NaCl、SA及NaCl+SA组合处理，系统比较了其与野生型在光合气体交换、叶绿素荧光、表皮蜡质组分、气孔行为及下游基因表达上的差异。结果显示，盐胁迫下转基因系光合速率较野生型提高13%，胞间CO₂浓度/大气CO₂浓度比提高170%，电子传递速率、Fv/Fm和光化学淬灭分别提升23.36%、24.2%和26.8%；蜡质分析发现NaCl处理下烷烃积累增加90%，NaCl+SA组合下脂肪醇增加58%。在基因表达层面，SA处理使NtCab40、NtLhcb5和NtRca1分别下调56.6%、52.3%和38.6%，而NtMUTE、NtNCED3-2和NtPIF3分别上调87.8%、88.7%和67.5%，同时NtWINI在盐及组合胁迫下显著下调。该结果首次揭示JcWRKY通过SA信号介导的ROS稳态反馈环，协同调控光合效率与蜡质积累以增强烟草耐盐性，为作物耐逆遗传改良提供了潜在靶点。
创新点
首次揭示JcWRKY在盐胁迫下协调光合作用与蜡质代谢的功能，并证明其通过SA信号介导的ROS稳态调控这一过程
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 盐胁迫响应/SA信号 | JcWRKY | JcWRKY转录因子 | 调控 | 来源于麻风树（Jatropha curcas），在烟草中过表达 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 光合作用 | NtCab40 | 叶绿素a/b结合蛋白40 | 能量供给 | 参与光捕获与激发能传递 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 光合作用 | NtLhcb5 | 光捕获叶绿素a/b结合蛋白5 | 能量供给 | 光系统II光捕获复合体组分 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 光合作用 | NtRca1 | Rubisco活化酶1 | 催化 | 调节Rubisco活性，参与碳固定 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 蜡质生物合成 | NtWINI | 蜡质诱导因子1 | 调控 | 转录激活因子，调控蜡质合成基因 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 气孔发育调控 | NtMUTE | MUTE转录因子 | 调控 | 调控气孔谱系细胞命运 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 气孔发育调控 | NtMYB-like | MYB类转录因子 | 调控 | 参与气孔模式和开闭调控 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | ABA生物合成 | NtNCED3-2 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶3-2 | 催化 | ABA合成关键酶，调节气孔关闭 |
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 光信号转导 | NtPIF3 | 光敏色素互作因子3 | 调控 | 参与光信号和ABA信号互作，调节气孔 |
关键发现
- JcWRKY转基因烟草在NaCl胁迫下光合速率比WT提高13%，Ci/Ca比提高170%，电子传递速率(ETR)提高23.36%，Fv/Fm提高24.2%，光化学淬灭qP提高26.8%，非光化学淬灭NPQ提高26.9%（NaCl处理下）。蜡质分析显示，转基因系在NaCl下烷烃积累增加90%，在SA下脂肪酸增加33%，在NaCl+SA下脂肪醇增加58%、羧酸增加13%和14%（SA处理）。基因表达方面，SA处理下NtCab40、NtLhcb5、NtRca1分别下调56.6%、52.3%和38.6%，而NtRca1在NaCl下上调61.6%
- NtWINI在盐和组合胁迫下显著下调（148%和300%）
- NtMUTE、NtMYB-like、NtNCED3-2和NtPIF3在SA下分别上调87.8%、15.5%、88.7%和67.5%。
研究结论
研究表明，JcWRKY通过SA信号介导的ROS稳态反馈环，协调光合效率与蜡质积累，增强转基因烟草的耐盐性，是一种潜在的可用于改良作物耐逆性的转录因子。