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Nature Plants:ZmICE1自然多态性通过氨基酸代谢作用于玉米低温耐受性

已有 2601 次阅读 2022-10-17 23:38 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Natural polymorphism of ZmICE1 contributes to amino acid metabolism that impacts cold tolerance in maize

第一作者Haifang Jiang

第一作者中国农业大学

通讯作者Shuhua Yang


 Abstract 

背景回顾Cold stress negatively affects maize (Zea mays L.) growth, development and yield. Metabolic adjustments contribute to the adaptation of maize under cold stress. 


提出问题We show here that the transcription factor INDUCER OF CBF EXPRESSION 1 (ZmICE1) plays a prominent role in reprogramming amino acid metabolome and COLD-RESPONSIVE (COR) genes during cold stress in maize. 


结果1-低温耐受性负调控Derivatives of amino acids glutamate/asparagine (Glu/Asn) induce a burst of mitochondrial reactive oxygen species, which suppress the cold-mediated induction of DEHYDRATION RESPONSE ELEMENT-BINDING PROTEIN 1 (ZmDREB1) genes and impair cold tolerance


结果2-ICE1阻断上述负调控ZmICE1 blocks this negative regulation of cold tolerance by directly repressing the expression of the key Glu/Asn biosynthesis genesASPARAGINE SYNTHETASEs. Moreover, ZmICE1 directly regulates the expression of DREB1s.


结果3-ICE1启动子自然变异Natural variation at the ZmICE1 promoter determines the binding affinity of the transcriptional activator ZmMYB39, a positive regulator of cold tolerance in maize, resulting in different degrees of ZmICE1 transcription and cold tolerance across inbred lines. 


结论This study thus unravels a mechanism of cold tolerance in maize and provides potential targets for engineering cold-tolerant varieties.


image.png

Proposed model of ZmICE1-mediated amino acid metabolism and cold tolerance in maize.


 摘 要 

低温胁迫负调控玉米的生长、发育和产量。代谢调节有助于玉米适应低温胁迫。本文中,作者发现转录因子ICE1在玉米低温胁迫中,作用于氨基酸代谢组和COR基因的重编程。氨基酸谷氨酸/天冬酰胺衍生物诱导了线粒体活性氧物质的爆发,从而抑制低温介导的ZmDREB1基因诱导,损害玉米低温耐受性。ZmICE1可以通过直接抑制关键谷氨酸/天冬酰胺生物合成基因ASNSs的表达,从而阻断上述的玉米低温耐受性负调控。此外,ZmICE1直接调控DREB1s基因的表达。ZmICE1启动子区域的自然变异决定了转录激活子ZmMYB39的结合亲和性,从而导致了自交系中不同程度的ZmICE1基因转录水平和低温耐受性。本文的研究揭示了玉米中的一个低温耐受性机制,为未来的基因工程低温抗性育种提供了候选靶标。




** 杨淑华 **


个人简介:

1987-1991年,南开大学,学士;

1991-1994年,南开大学,硕士;

1998-2002年,新加坡国立大学,博士;

1994-1998年,南开大学元素有机化学研究所,研究实习员、助理研究员;

2002-2004年,美国康奈尔大学,助研、博后;

2005年-至今,中国农业大学,教授。


研究方向植物感知和响应低温胁迫的分子机理。

1. 以拟南芥为研究材料,系统研究蛋白激酶-蛋白磷酸酶调控植物耐低温的分子机制以及植物激素信号和低温信号的交互作用;

2. 以玉米为研究材料,通过正向遗传学、反向遗传学以及蛋白质组学等手段研究玉米耐低/高温的分子机理,构建玉米响应温度胁迫的遗传调控网络,为耐低/高温玉米新品种培育提供理论基础和基因资源。


doi: https://doi.org/10.1038/s41477-022-01254-3


Journal: Nature Plants

Published date: October 14, 2022


Cite:
Haifang Jiang, Yiting Shi, Jingyan Liu, Zhen Li, Diyi Fu, Shifeng Wu, Minze Li, Zijia Yang, Yunlu Shi, Jinsheng Lai, Xiaohong Yang, Zhizhong Gong, Jian Hua & Shuhua Yang. Natural polymorphism of ZmICE1 contributes to amino acid metabolism that impacts cold tolerance in maize. Nature Plants, 2022. DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-022-01254-3




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