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《自然》:杜克大学何胜洋等成功构建适应气候变暖的植物免疫系统 精选

已有 3550 次阅读 2022-6-30 16:36 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2022年6月29日晚23时,《自然》杂志在线发表了美国杜克大学与加拿大劳瑞尔大学合作的论文——“Increasing the resilience of plant immunity to a warming climate”。


该项工作成功构建了适应气候变暖的植物免疫系统,在农作物生产上有重要应用价值。


杜克大学何胜洋教授和劳瑞尔大学Christian Danve M. Castroverde助理教授为共同通讯作者,杜克大学博士后Jong Hum Kim和劳瑞尔大学Christian Danve M. Castroverde为共同第一作者。

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极端天气会影响动植物生活的许多方面,包括对病原菌的响应。水杨酸(SA)是一种重要的植物防御激素,短期高温(热浪)会抑制SA的合成而导致植物免疫能力下降。植物是如何响应短期高温的影响而抑制SA合成的具体调控机制尚未清晰,这极大阻碍了建立适应气候变化的植物免疫系统的作物的开发和应用。


该项工作利用拟南芥和丁香假单胞菌Pst DC3000的互作体系明确了SA信号通路是温度敏感的,在高温28℃下,SA合成相对正常温度23℃的显著下降,植物的PTI和ETI免疫能力下降,并且这个过程独立于phyB和ELF3介导的热敏感途径。通过RNA-sequencing检测出在高温下钙调素结合蛋白CBP60g的转录水平受高温的影响,通过染色质免疫沉淀(ChIP)明确了高温会影响GDAC核的形成和募集GBPL3和SA相关的调节子结合到CBP60g的启动子上。超表达35S::CBP60g35S::SARD1的转基因拟南芥不仅可以使植物在升高温度下(28℃)恢复病原菌诱导SA的合成来维持植物的基础免疫,也可以恢复植物的ETI免疫。


在作物烟草和油菜中瞬时超表达CBP60g及油菜中稳定超表达CBP60g也可以恢复高温下被抑制的SA信号通路标志基因PR1ICS1的表达。拟南芥SA水平的提高可以显著提高植物对不同病害的抗性,但是由于生长防御的权衡而抑制植物生长和繁殖就限制了其广泛应用。利用uORFs策略在翻译水平上精准调控CBP60g的表达,不但可以显著提高在高温下的病原菌诱导的SA合成,提高植物的PTI和ETI免疫能力,而且在生长与发育与野生型没有显著的差异(图1)。


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图1:利用uORFs策略精准调控CBP60g的表达导致升高温度下恢复SA的防御而无生长和发育权衡


本研究解析了植物感知气候变暖而调控植物免疫的遗传机制,为建立适应气候变暖的植物免疫系统的作物奠定了基础,该研究成果在农作物分子育种的生产上有重要应用价值,有助于应对气候变化对粮食生产造成的影响。


该研究工作由杜克大学, 霍华德休斯医学研究所、密歇根州立大学、劳瑞尔大学、耶鲁大学、华中农业大学和加州大学伯克利分校7个单位合作完成。


相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04902-y



https://blog.sciencenet.cn/blog-3423233-1345303.html

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1 黄永义

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