Rola jęczmiennego czynnika transkrypcyjnego MADS27 i jego regulatora mikroRNA444 w odpowiedzi rośliny na niedobór i nadmiar azotu
Loading...
Date
2022
Authors
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
The role of barley transcription factor MADS27 and its regulator of microRNA444 in plant response to nitrogen deficiency and excess
Abstract
Azot (N) warunkuje wzrost i rozwój roślin. W warunkach agroekosystemowych, w których dostępność azotu jest czynnikiem ograniczającym, dostarczanie N mineralnego umożliwia wysoką wydajność upraw. Jednym z głównych składników nawozów jest saletra amonowa (azotan amonu), a rośliny przystosowane do środowiska o wysokiej zawartości azotu charakteryzują się przyspieszonym starzeniem się liści, występowaniem krótszych korzeni, a w konsekwencji niższą produktywnością. Jęczmienny czynnik transkrypcyjny HvMADS27 ulega ekspresji głównie w korzeniach i zawiera elementy regulatorowe cis związane z odpowiedzią na N w regionie promotora. Ekspresja hvMADS27 jest silnie obniżona pod wpływem stresu nadmiaru N, ale nie zmienia się w warunkach niedoboru N. Analiza fenotypowa systemu korzeniowego transgenicznych roślin jęczmienia z obniżonym poziomem HvMADS27 i nadekspresją hvMADS27 wykazała, że czynnik ten kontroluje architekturę korzeni jęczmienia i ich reakcję na stres nadmiaru N. Poszukiwania genów regulowanych przez hvMADS27 poprzez analizę transkryptomu korzeni roślin hvmads27 kd , a następnie eksperyment ChIP-qPCR na materiale pochodzącym z korzeni roślin hvmads27 c-Myc OE wykazały, że hvMADS27 reguluje ekspresję β-glukozydazy BG1 i poziom kwasu abscysynowego (ABA) w korzeniach jęczmienia. W niniejszej pracy proponujemy mechanizm, w którym obniżenie poziomu hvMADS27 pod wpływem stresu nadmiaru N uwalnia ekspresję genu BG1. Zwiększona aktywność BG1 prowadzi do podwyższenia poziomu ABA co powoduje skrócenie korzeni jęczmienia zależne od nadmiaru N.
Nitrogen (N) determinates growth and development of plants. In agroecosystem conditions where N is likely limiting, the supply of mineral N enables high crop productivity. One of the main ingredients of fertilizers is ammonium nitrate, and plants adapted to high ammonium nitrate environments enhance leaf senescence, reduce root length and consequently have lower productivity. Barley hvMADS27 transcription factor is exclusively expressed in roots and contains N-responsive cis regulatory elements in the promoter region. HvMADS27 undergoes severe down-regulation under excess N , but its expression does not change under low N conditions. The phenotypic analysis of the root system of barley mutant plants with knock-down and over-expression of hvMADS27 revealed that hvMADS27 controls barley root architecture associated with soil exploration and response to N excess stress. The search for genes regulated by hvMADS27 through analysis of the transcriptome of hvmads27 kd plants and subsequent ChIP-qPCR experiments on the material derived from hvmads27 c-Myc OE plants showed that hvMADS27 regulates the expression of BG1 ß-glucosidase and in turn the level of abscisic acid (ABA) in roots. In this paper we propose the mechanism in which down-regulation of hvMADS27 upon N excess treatment releases the BG1 gene from the repression. BG1 increased activity leads to release of ABA from its inactive conjugate which confers N excess-dependent root shortening.
Nitrogen (N) determinates growth and development of plants. In agroecosystem conditions where N is likely limiting, the supply of mineral N enables high crop productivity. One of the main ingredients of fertilizers is ammonium nitrate, and plants adapted to high ammonium nitrate environments enhance leaf senescence, reduce root length and consequently have lower productivity. Barley hvMADS27 transcription factor is exclusively expressed in roots and contains N-responsive cis regulatory elements in the promoter region. HvMADS27 undergoes severe down-regulation under excess N , but its expression does not change under low N conditions. The phenotypic analysis of the root system of barley mutant plants with knock-down and over-expression of hvMADS27 revealed that hvMADS27 controls barley root architecture associated with soil exploration and response to N excess stress. The search for genes regulated by hvMADS27 through analysis of the transcriptome of hvmads27 kd plants and subsequent ChIP-qPCR experiments on the material derived from hvmads27 c-Myc OE plants showed that hvMADS27 regulates the expression of BG1 ß-glucosidase and in turn the level of abscisic acid (ABA) in roots. In this paper we propose the mechanism in which down-regulation of hvMADS27 upon N excess treatment releases the BG1 gene from the repression. BG1 increased activity leads to release of ABA from its inactive conjugate which confers N excess-dependent root shortening.
Description
Wydział Biologii
Sponsor
1. Narodowe Centrum Nauki (grant 2016/23/B/NZ9/00862 oraz 2016/23/N/NZ1/0005)
2. KNOW Poznańskie Konsorcjum RNA (01/KNOW2/2014)
3. iCOST CA15233 (European Cooperation in Science and Technology)
4. Projekt POWER- Paszport do przyszłości-Interdyscyplinarne studia doktoranckie na Wydziale Biologii UAM POWR.03.02.00-00-I006/17
Keywords
jęczmień, hordeum vulagare, miRNA444, MADS27, nadmiar azotu, TFMADS27, nitrogen