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恭喜硕士生佟璐关于鹅掌楸TRX基因家族的研究论文在Plants上顺利发表!
发布时间:2024-06-17
2024年6月17号,南京林业大学林木细胞工程课题组在 Plants 上发表了题为  Unraveling the role of the Liriodendron Thioredoxin (TRX) gene family in an abiotic stress response   的文章,对鹅掌楸TRX基因家族进行了全基因组范围的鉴定和生物信息学分析,解析了其对于非生物胁迫尤其是干旱的转录响应,并挖掘到了一个作用于杂交鹅掌楸耐干旱的关键调控因子LhTRX-h3

本研究共鉴定了42个LcTRX基因,通过与拟南芥、毛果杨、葡萄和水稻的TRXs基因一起构建系统发育树,发现可以分为典型和非典型两大类,其中典型的TRX可以进一步划分为TRX-h、TRX-f、TRX-m、TRX-x、TRX-y和TRX-z六个亚类,而非典型的TRX可以进一步划分为TRX-like、TRX-Lillium、TRX-CDSP32、TRX-Clot、TRX-HCF164、TRX-Nrx、TRX-Picot和TRX-TDX八个亚

图1. 鹅掌楸TRX基因家族系统发育树

顺式作用元件分析显示TRX基因家族成员的启动子区富含与植物激素和环境胁迫相关的结合位点,尤其是ABA和干旱胁迫相关,表明TRX家族成员可能广泛参与植物对环境的适应性响应。

图2. 鹅掌楸TRX基因家族启动子顺式作用元件分析


基于杂交鹅掌楸在干旱、低温以及高温胁迫下的时序转录组,发现多数LhTRX基因在低温和干旱处理后1~3天高表达,而高温胁迫处理条件下某些LhTRX成员会在短期内被诱导高表达。

图3. 杂交鹅掌楸TRX基因在低温、高温及干旱胁迫下的表达模式


为了进一步验证LhTRX基因在杂交鹅掌楸响应干旱胁迫的表达模式,作者根据转录组数据挑选了一些代表性的LhTRXs基因行了qRT-PCR实验,结果显示所有选择的LhTRXs基因均能响应干旱胁迫被诱导表达,并多数在干旱处理第12 h就达到表达峰值,表达倍数提升数十倍到数百倍之多,表明这些LhTRXs可能参与了杂交鹅掌楸的干旱胁迫响应。

图4. LhTRX基因响应干旱胁迫的qRT验证


为了进一步明确LhTRX基因在干旱胁迫中的作用,作者挑选并克隆了LhTRX-h3基因,首先通过以pJIT166-GFP为骨架载体构建LhTRX-h3-GFP融合蛋白,与细胞核定位的35S:mCherry-H2B共瞬转杂交鹅掌楸原生质体,发现GFP绿色荧光分布在细胞内的染色质中,与以往关于TRX蛋白的亚细胞定位报道一致。

图5. LhTRX-h3蛋白的亚细胞定位


接着,分别以pBI121和pYLCRISPR/Cas9P35S-N为骨架构建35S:LhTRX-h3(过表达)和Cas9-LhTRX-h3(基因编辑),通过转化杂交鹅掌楸胚性愈伤分别获得LhTRX-h3-OE和LhTRX-h3-KO株系。然后,在正常条件和15% PEG6000模拟干旱胁迫处理条件下,发现LhTRX-h3-OE株系的愈伤增殖速率要显著快于野生型对照和LhTRX-h3-KO株系,表明LhTRX-h3过表达增强了杂交鹅掌楸愈伤细胞在干旱胁迫下的生长。

图6. LhTRX-h3过表达和基因编辑愈伤在干旱胁迫下的生长情况


进一步利用DAB染色、过氧化氢和MDA含量测定,发现LhTRX-h3-OE株系愈伤在干旱处理条件下积累的活性氧物质最少,表明LhTRX-h3过表达降低了杂交鹅掌楸愈伤细胞在干旱胁迫下的细胞损伤,增强了其干旱耐受性。

图7. LhTRX-h3过表达和基因编辑愈伤在干旱胁迫下的ROS动态


该研究成果由南京林业大学林木细胞工程课题组完成,硕士生佟璐为该论文的第一作者,施季森教授和郝兆东讲师为通讯作者。该工作得到“十四五”国家重点研发计划(2021YFD2200102)、国家自然科学基金(32071784)及江苏省高校优势学科建设工程(PAPD)的联合资助。

编辑:郝兆东


Reference:

Tong Lu, Mengyuan Lin, Liming Zhu, Bojun Liao, Lu Lu, Ye Lu, Jinhui Chen, Jisen Shi, Zhaodong Hao. Unraveling the role of the Liriodendron Thioredoxin (TRX) gene family in an abiotic stress response. Plants, 2024, 13(12): 1674. DOI: 10.3390/plants13121674

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