ZmWAK3的过表达通过协同增强抗氧化防御系统和光合作用来提高植物的耐寒性

《Theoretical and Applied Genetics》：ZmWAK3 overexpression enhances cold tolerance via coordinated improvement of antioxidant defense and photosynthesis

　　

摘要

关键信息

ZmNAC100-ZmWAK3 转录模块通过协同增强抗氧化防御和改善光合效率来提高玉米的耐寒性。

摘要

低温是一种主要的非生物胁迫，会严重抑制作物的生长发育，从而导致严重的产量损失。作为对寒冷敏感的作物，玉米特别容易受到寒害的影响。在寒冷条件下，植物体内活性氧（ROS）会过度积累，破坏光合性能，削弱抗氧化防御系统，并扰乱细胞离子平衡。在这项研究中，我们发现玉米壁相关受体激酶基因 ZmWAK3 能够正向调节对低温的反应。通过过表达和突变体分析，我们发现 ZmWAK3 的过表达通过提高ROS清除能力和光合效率增强了玉米的耐寒性。相比之下，zmwak3 突变体表现出对寒冷敏感的表型。在分子水平上，酵母单杂交实验、双荧光素酶报告基因实验和染色质免疫沉淀实验的综合证据证实，转录因子 ZmNAC100 直接结合到 ZmWAK3 的启动子上并激活其转录。此外，在玉米中沉默 ZmNAC100 不仅降低了耐寒性，还下调了 ZmWAK3 的表达。总体而言，我们的研究结果揭示了由 ZmNAC100-ZmWAK3 模块介导的玉米低温响应途径，该途径通过增加抗氧化酶活性、减轻氧化损伤和改善光合性能来提高耐寒性。