Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định microRNA phản ứng với stress nhôm trong rễ của lúa mạch hoang Tây Tạng và lúa mạch trồng
Tóm tắt
Lúa mạch tương đối nhạy cảm với độc tính của nhôm (Al) trong số các loại ngũ cốc, nhưng cho thấy sự khác biệt genotyp lớn về khả năng chịu đựng Al. Cơ chế chịu đựng Al nổi tiếng ở lúa mạch liên quan đến việc loại trừ Al được trung gian bởi một bơm citrate HvAACT1 (bơm citrate kích hoạt Al 1). Một sự chèn 1-kb trong vùng khởi đầu của gen HvAACT1 dẫn đến sự gia tăng đáng kể mức độ biểu hiện của nó, điều này chỉ xảy ra ở một số giống lúa mạch chịu đựng Al. Tuy nhiên, giống lúa mạch hoang Tây Tạng XZ29 chịu đựng Al không có sự chèn 1-kb. Chúng tôi xác nhận rằng biểu hiện của HvAACT1 và sự tiết citrate cùng các axit hữu cơ khác không giải thích được sự khác biệt giữa lúa mạch hoang XZ29 chịu đựng Al và lúa mạch trồng nhạy cảm với Al Golden Promise. Để xác định microRNA (miRNA) và các gen mục tiêu phản ứng với stress Al trong rễ lúa mạch, tám thư viện RNA nhỏ với hai mẫu sinh học từ hai genotyp này được phơi nhiễm trong điều kiện kiểm soát và điều trị bằng Al đã được xây dựng và gửi đi giải trình tự sâu. Tổng cộng đã xác định được 342 miRNA trong Golden Promise và XZ29, trong đó 296 miRNA được chia sẻ chung giữa hai genotyp. Các gen mục tiêu của những miRNA này được thu thập thông qua dự đoán sinh tin học hoặc xác định degron. Phân tích so sánh phát hiện 50 miRNA phản ứng với stress Al, và một số trong số chúng được tìm thấy chỉ được biểu hiện ở XZ29 và liên quan đến khả năng chịu đựng Al. Những miRNA chỉ được biểu hiện ở lúa mạch hoang đã được xác định và thấy liên quan đến khả năng chịu đựng stress Al. Kết quả hiện tại cung cấp một mô hình mô tả vai trò của một số miRNA đặc biệt liên quan đến khả năng chịu đựng Al trong lúa mạch hoang Tây Tạng.
Từ khóa
#microRNA #lúa mạch hoang Tây Tạng #stress nhôm #HvAACT1 #khả năng chịu đựng AlTài liệu tham khảo
Panda SK, Baluška F. Aluminum stress adaptation in plants. Switzerland: Springer International Publishing; 2015.
von Uexküll HR, Mutert E. Global extent, development and economic impact of acid soils. Plant Soil. 1995;171(1):1–15.
Kochian LV, Hoekenga OA, Piñeros MA. How do crop plants tolerate acid soils? Mechanisms of aluminum tolerance and phosphorous efficiency. Annu Rev Plant Biol. 2004;55:459–93.
Ma JF. Role of organic acids in detoxification of aluminum in higher plants. Plant Cell Physiol. 2000;41(4):383–90.
Delhaize M, Gruber BD, Ryan PR. The roles of organic anion permeases in aluminium resistance and mineral nutrition. FEBS Lett. 2007;581(12):2255–62.
Ryan PR, Tyerman SD, Sasaki T, Furuichi T, Yamamoto Y, Zhang WH, et al. The identification of aluminium-resistance genes provides opportunities for enhancing crop production on acid soils. J Exp Bot. 2011;62(1):9–20.
Sasaki T, Yamamoto Y, Ezaki B, Katsuhara M, Ahn SJ, Ryan PR, et al. A wheat gene encoding an aluminum-activated malate transporter. Plant J. 2004;37(5):645–53.
Furukawa J, Yamaji N, Wang H, Mitani N, Murata Y, Sato K, et al. An aluminum-activated citrate transporter in barley. Plant Cell Physiol. 2007;48(8):1081–91.
Yokosho K, Yamaji N, Ma JF. An Al-inducible mate gene is involved in external detoxification of Al in rice. Plant J. 2011;68(6):1061–9.
Kochian LV, Piñeros MA, Liu JP, Magalhaes JV. Plant adaptation to acid soils: the molecular basis for crop aluminum resistance. Annu Rev Plant Biol. 2015;66:571–98.
Ma JF. Syndrome of aluminum toxicity and diversity of aluminum resistance in higher plants. Int Rev Cytol. 2007;264:225–52.
Micheli F. Pectin methylesterases: cell wall enzymes with important roles in plant physiology. Trends Plant Sci. 2001;6(9):414–9.
Yang JL, Li YY, Zhang YJ, Zhang SS, Wu YR, Wu P, et al. Cell wall polysaccharides are specifically involved in the exclusion of aluminum from the rice root apex. Plant Physiol. 2008;146(2):602–11.
Yang XY, Zeng ZH, Yan JY, Fan W, Bian HW, Zhu MY, et al. Association of specific pectin methylesterases with Al-induced root elongation inhibition in rice. Physiol Plant. 2013;148(4):502–11.
Huang CF, Yamaji N, Mitani N, Yano M, Nagamura Y, Ma JF. A bacterial-type ABC transporter is involved in aluminum tolerance in rice. Plant Cell. 2009;21(2):655–67.
Xia JX, Yamaji N, Kasai T, Ma JF. Plasma membrane-localized transporter for aluminum in rice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(43):18381–5.
Huang CF, Yamaji N, Chen ZC, Ma JF. A tonoplast-localized half-size ABC transporter is required for internal detoxification of aluminum in rice. Plant J. 2012;69(5):857–67.
Ma JF, Hiradate S. Form of aluminium for uptake and translocation in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench). Planta. 2000;211(3):355–60.
Ma JF, Hiradate S, Nomoto K, Iwashita T, Matsumoto H. Internal detoxification mechanism of Al in hydrangea (identification of Al form in the leaves). Plant Physiol. 1997;113(4):1033–9.
Negishi T, Oshima K, Hattori M, Kanai M, Mano S, Nishimura M, et al. Tonoplast- and plasma membrane-localized aquaporin-family transporters in blue hydrangea sepals of aluminum hyperaccumulating plant. PLoS One. 2012;7(8):e43189.
Negishi T, Oshima K, Hattori M, Yoshida K. Plasma membrane-localized Al-transporter from blue hydrangea sepals is a member of the anion permease family. Genes Cells. 2013;18(5):341–52.
Yamaji N, Huang CF, Nagao S, Yano M, Sato Y, Nagamura Y, et al. A zinc finger transcription factor ART1 regulates multiple genes implicated in aluminum tolerance in rice. Plant Cell. 2009;21(10):3339–49.
Fujii M, Yokosho K, Yamaji N, Saisho D, Yamane M, Takahashi H, et al. Acquisition of aluminium tolerance by modification of a single gene in barley. Nat Commun. 2012;3(2):713.
Cai SG. Studies on Mechanisms of Aluminum toxicity tolerance in Tibetan wild barley (PhD thesis). China: Zhejiang University; 2013.
Cai SG, Wu DZ, Jabeen Z, Huang YQ, Huang YC, Zhang GP. Genome-wide association analysis of aluminum tolerance in cultivated and Tibetan wild barley. PLoS One. 2013;8(7):e69776.
Dai F, Nevo E, Wu DZ, Comadran J, Zhou M, Qiu L, et al. Tibet is one of the centers of domestication of cultivated barley. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(42):16969–73.
Sun GL. MicroRNAs and their diverse functions in plants. Plant Mol Biol. 2012;80(1):17–36.
Voinnet O. Origin, biogenesis, and activity of plant microRNAs. Cell. 2009;136(4):669–87.
Miura K, Ikeda M, Matsubara A, Song XJ, Ito M, Asano K, et al. OsSPL14 promotes panicle branching and higher grain productivity in rice. Nat Genet. 2010;42(6):545–9.
Wang SK, Wu K, Yuan QB, Liu XY, Liu ZB, Lin XY, et al. Control of grain size, shape and quality by OsSPL16 in rice. Nat Genet. 2012;44(8):950–4.
Bhogale S, Mahajan AS, Natarajan B, Rajabhoj M, Thulasiram HV, Banerjee AK. MicroRNA156: a potential graft-transmissible microRNA that modulates plant architecture and tuberization in Solanum tuberosum ssp. andigena. Plant Physiol. 2014;164(2):1011–27.
Chen L, Wang TZ, Zhao MG, Tian QY, Zhang WH. Identification of aluminum-responsive microRNAs in Medicago truncatula by genome-wide high-throughput sequencing. Planta. 2012;235(2):375–86.
Ding YF, Ye YY, Jiang ZH, Wang Y, Zhu C. MicroRNA390 is involved in cadmium tolerance and accumulation in rice. Front Plant Sci. 2016;7:235.
Kopittke PM, Moore KL, Lombi E, Gianoncelli A, Ferguson BJ, Blamey FPC, et al. Identification of the primary lesion of toxic aluminum in plant roots. Plant Physiol. 2015;167(4):1402–11.
Xia KF, Wang R, Ou XJ, Fang ZM, Tian CG, Duan J, et al. OsTIR1 and OsAFB2 downregulation via OsmiR393 overexpression leads to more tillers, early flowering and less tolerance to salt and drought in rice. PLoS One. 2012;7(1):e30039.
Bai B, Bian HW, Zeng ZH, Hou N, Shi B, Wang JH, et al. miR393-mediated auxin signaling regulation is involved in root elongation inhibition in response to toxic aluminum stress in barley. Plant Cell Physiol. 2017;58(3):426–39.
Yang ZB, Geng XY, He CM, Zhang F, Wang R, Horst WJ, et al. TAA1-regulated local auxin biosynthesis in the root-apex transition zone mediates the aluminum-induced inhibition of root growth in Arabidopsis. Plant Cell. 2014;26(7):2889–904.
Pauwels L, Morreel K, De Witte E, Lammertyn F, Van Montagu M, Boerjan W, et al. Mapping methyl jasmonate-mediated transcriptional reprogramming of metabolism and cell cycle progression in cultured Arabidopsis cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(4):1380–5.
Rodriguez RE, Mecchia MA, Debernardi JM, Schommer C, Weigel D, Palatnik JF. Control of cell proliferation in Arabidopsis thaliana by microRNA miR396. Development. 2010;137(1):103–12.
Bazin J, Khan GA, Combier JP, Bustos-Sanmamed P, Debernardi JM, Rodriguez R, et al. miR396 affects mycorrhization and root meristem activity in the legume Medicago truncatula. Plant J. 2013;74(6):920–34.
Schommer C, Debernardi JM, Bresso EG, Rodriguez RE, Palatnik JF. Repression of cell proliferation by miR319-regulated TCP4. Mol Plant. 2014;7(10):1533–44.
Zhao WC, Li ZL, Fan JW, Hu CL, Yang R, Qi X, et al. Identification of jasmonic acid-associated microRNAs and characterization of the regulatory roles of the miR319/TCP4 module under root-knot nematode stress in tomato. J Exp Bot. 2015;66(15):4653–67.
Yang ZB, He CM, Ma YQ, Herde M, Ding ZJ. Jasmonic acid enhances Al-induced root-growth inhibition. Plant Physiol. 2016;173(2):1420–33.
Wang YQ, Li RH, Li D, Jia XM, Zhou DW, Li JY, et al. NIP1; 2 is a plasma membrane-localized transporter mediating aluminum uptake, translocation, and tolerance in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017;114(19):5047–52.
Yang ZB, Eticha D, Albacete A, Rao IM, Roitsch T, Horst WJ. Physiological and molecular analysis of the interaction between aluminium toxicity and drought stress in common bean (Phaseolus vulgaris). J Exp Bot. 2012;63(8):3109–25.
Eticha D, Stass A, Horst WJ. Cell-wall pectin and its degree of methylation in the maize root-apex: significance for genotypic differences in aluminium resistance. Plant Cell Environ. 2005;28(11):1410–20.
Yan YS, Wang HC, Hamera S, Chen XY, Fang RX. miR444a has multiple functions in the rice nitrate-signaling pathway. Plant J. 2014;78(1):44–55.
Ma ZR, Coruh C, Axtell MJ. Arabidopsis lyrata small RNAs: transient MIRNA and small interfering RNA loci within the Arabidopsis genus. Plant Cell. 2010;22(4):1090–103.
Li X, Shahid MQ, Wu JW, Wang L, Liu XD, Lu YG. Comparative small RNA analysis of pollen development in autotetraploid and diploid rice. Int J Mol Sci. 2016;17(4):499.