玉米中蓝光受体CRY调控植物表皮蜡质的分子机制研究
批准号:
32100197
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
冯帆
依托单位:
学科分类:
植物光合与固氮
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
冯帆
中文摘要
全球变暖造成干旱气候频发且愈演愈烈,培育耐旱农作物对于抵抗干旱造成的危害显得尤为重要。植物的角质层是调控水分流失和气体交换的主要场所。有研究表明,光信号可激活植物角质层合成基因的表达,表明光信号可能参与植物角质层积累的调控,但具体其分子机制还不清楚。蓝光受体CRYs介导蓝光依赖的去黄化过程以及光周期依赖的开花起始,同时还调控植物生长发育的多个进程。我们前期研究发现玉米CRYs突变后造成表皮蜡质分布缺陷,表明CRY在玉米表皮蜡质合成可能扮演关键调控作用。通过酵母双杂交筛选,我们发现玉米CRYs与蜡质合成关键酶GL2存在蓝光依赖的互作,并在植物体内也证明ZmCRYs的多个同源与蜡质合成关键酶GL2互作。本项目拟在此基础上深入研究蓝光受体ZmCRY调控玉米蜡质合成的分子机制,发掘潜在增强植物抗旱能力的靶点,最终实现解析CRYs感受蓝光信号调控植物蜡质合成的关键科学问题。
英文摘要
Global warming results in extreme weather, such as drought, which occurs more frequently and in a wider range. Drought-tolerant crops is particularly important in resisting those drought threats. The plant cuticle is the main organ mainly preventing water loss and gas exchange. Previous studies have shown that light signals can activate the expression of plant cuticle synthesis genes, suggesting light signals may be involved in the regulation of plant cuticle wax accumulation, but until now, its molecular mechanism is unclear. Blue-light receptor CRYs primarily mediate blue-light regulation of de-etiolation and photoperiodic control of flowering. In addition, these two photoreceptors regulate many other aspects of plant growth and development. Our previous data showed that loss of function of ZmCRYs have defects in plant cuticle, suggesting CRY plays critical roles in regulation of cuticle wax biosynthesis in maize. Through Y2H screen assay, we found that ZmCRYs interact with key cuticle wax biosynthesis gene, Glossy2, in a blue light dependent manner. On this basis, the project intends to study in depth the molecular mechanism of regulation of ZmCRYs to cuticular wax biosynthesis in maize, to identify potential targets which enhance plant drought tolerance, and ultimately to resolve key scientific issues in how CRYs sensing blue-light signal to modulate plant cuticle synthesis.
全球温室气体积累、臭氧层破坏造成气温变暖,植物面临干旱、紫外胁迫的挑战加剧,培育耐旱,耐高光高紫外胁迫的农作物对于保证粮食安全显得尤为重要。植物的角质层是调控水分流失和气体交换、抵御紫外损伤的主要场所。有研究表明,光信号可激活植物角质层合成基因的表达,表明光信号可能参与植物角质层积累的调控,但具体其分子机制还不清楚。隐色素(CRYs)是光解酶样UV-A/蓝光受体,调节植物生长的各个方面。玉米(Zea mays)是生长在高紫外辐射下的主要作物之一,含有4个拷贝的CRY基因。目前还不确定玉米中CRY的多个拷贝是否分化有新的功能。本研究利用crispr/cas9基因编辑的Zmcry突变体研究了玉米中4种隐色素(ZmCRYs)的功能。研究结果表明,ZmCRYs在介导蓝光信号转导和抑制玉米幼苗中胚轴伸长方面发挥重要作用。转录组分析发现,ZmCRYs通过上调与UV-B耐受性相关的代谢产物如苯丙烷、黄酮和脂肪酸生物合成相关基因的表达,介导了蓝光增强玉米对UV-B的耐受性。研究发现蓝光对表皮蜡的积累和组成都有影响,表明蓝光增强了表皮蜡的积累,从而增强了对UV-B的耐受性和抗旱的潜力。此外,ZmCRY1直接与GL2 (GLOSSY2)相互作用,介导蓝光促进C32醛的积累,为醛形成之谜提供了新的线索。这些结果表明,ZmCRY1s基因在蓝光调控玉米表皮蜡质生物合成和胁迫抗性中的重要作用。
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