干旱胁迫对植物生存构成重大挑战,影响生长和生产力。转录因子,特别是NAC蛋白,在植物对非生物胁迫的反应中起着至关重要的作用。

磷酸化桦树耐旱性的分子关键

尽管进行了广泛的研究,但NAC蛋白赋予耐旱性的机制仍未完全了解。磷酸化是一种常见的翻译后修饰,已被证明可以调节应激反应中的蛋白质功能。

由于这些挑战,有必要探索磷酸化如何影响NAC蛋白在抗旱方面的功能。

东北林业大学团队于2024年2月28日在《园艺研究》上发表了一项研究,研究了磷酸化在桦树抗旱性中的作用。

该研究针对NAC转录因子BpNAC90进行了研究,发现其205位丝氨酸的磷酸化能提高植物抗旱基因的活性,从而增强植物的抗旱能力,为植物抗旱的分子机制提供了新的思路。

研究利用RNA测序和染色质免疫沉淀测序技术,鉴定出BpNAC90调控的基因,发现BpNAC90能与Eomes2、ABRE、Tgif2等特定DNA基序结合,从而激活与耐旱性有关的基因。

在桦树中过量表达BpNAC90可增加脯氨酸含量,增强超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,并降低活性氧(ROS)水平。相反,敲除株系表现出抗旱性降低。一项重要发现是在干旱条件下,蛋白激酶BpSRK2A对BpNAC90丝氨酸205位点进行磷酸化。

这种磷酸化增强了BpNAC90的DNA结合亲和力及其激活靶基因的能力。突变的BpNAC90(S205A)不能被磷酸化,其耐旱性降低但并未消失,凸显了磷酸化在BpNAC90功能中的重要性。

研究得出结论,BpNAC90的磷酸化对于其通过调节脯氨酸生物合成和ROS清除赋予抗旱性至关重要。

通讯作者之一王玉成博士表示:“我们的研究结果揭示了桦树在分子水平上如何应对干旱胁迫的一个关键方面。BpNAC90的磷酸化显著增强了其调节与胁迫耐受性有关的基因的能力。这一发现可以通过针对其他植物物种中的类似机制来开发更多抗旱作物。”

了解BpNAC90磷酸化在抗旱性中的作用,为提高作物的抗逆性开辟了新途径。通过操纵类似的磷酸化途径,研究人员可以培育出对干旱和其他非生物胁迫具有更高耐受性的作物。

据作者称,这项研究为未来旨在提高具有经济价值的植物的抗逆性、为气候变化下的可持续农业和粮食安全做出贡献的研究奠定了基础。