J Adv Res：GmBSK1和GmBES1.5在赋予耐热性方面都起着至关重要的作用，强调了培育耐热大豆作物的潜在策略
来源：生物谷原创 2024-09-29 11:13
本研究通过BR和热胁迫诱导大豆GmBSK1基因，GmBSK1过表达通过激活活性氧清除系统增强大豆耐热性。
热胁迫是一种有害的环境变化，对植物的发育过程和产量形成具有重要的制约作用。活性氧的产生是植物对外部环境胁迫响应的主要特征。在热应激下，ROS的过度积累可诱导细胞和叶绿体结构损伤，导致脂质过氧化。植物已经进化出一种高效的抗氧化系统来清除ROS并减轻氧化应激的有害影响。
先前的研究表明，抗氧化酶基因，包括CAT、POD和GST，通过增强活性氧的清除能力，赋予植物非生物抗性。此外，热休克转录因子(TFs)， HSFs，是另一个关键的调节因子，可以增强热休克蛋白(HSPs)的转录，从而迅速响应热应激条件。热休克蛋白作为分子伴侣，通过积极调节活性氧(ROS)解毒的抗氧化酶系统和维护细胞膜稳定性，赋予热应激耐受性。
最近进行的研究表明，油菜素内酯(BRs)通过多种机制积极参与非生物胁迫反应，包括精确调节应激反应基因表达模式、激活抗氧化防御机制和促进渗透保护系统。BR-INSENSITIVE 2 (BIN2)是糖原合成酶激酶-3样激酶(GSK3)家族的一员，它磷酸化并稳定应激响应转录因子RD26，提高干旱胁迫响应效率。
玉米油菜素类固醇信号激酶1 (ZmBSK1)增强植物的水分亏缺和盐胁迫抗性。TaBZR2是BZR1/BES1 TFs家族的一员，可正向激活TaGST1并增强ROS清除系统，从而使小麦具有抗旱性，而AtBES1可与AtHSFA1相互作用，正向调节拟南芥的耐热性。
尽管多种植物中BR信号通路的特征已经被明确，但人们对大豆BR信号通路基因对热胁迫的响应的了解仍然有限。大豆作为全球重要的油料作物，由于缺水、高温、盐碱等非生物因素的影响，大豆的生长和生产受到了很大的制约。分子技术是赋予植物非生物抗逆性的有力工具。先前的研究已经证实了bsk在植物对非生物胁迫的响应中的作用。
图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.09.004
近日，来自中国农业科学院的研究者们在J Adv Res杂志上发表了题为“GmBSK1-GmGSK1-GmBES1.5 regulatory module controls heat tolerance in soybean”的文章，该研究表明GmBSK1和GmBES1.5在赋予耐热性方面都起着至关重要的作用，强调了培育耐热大豆作物的潜在策略。
热胁迫严重威胁大豆(甘氨酸max)的生长和生产。油菜素内酯(BRs)积极参与植物对非生物胁迫的响应，然而，BR信号通路基因在大豆热胁迫响应中的作用尚不清楚。本研究旨在研究GmBSK1和GmBES1.5基因对热胁迫的调控机制以及热胁迫条件下的生理特性和产量表现。
研究者采用转基因技术和CRISPR/Cas9技术，构建gmbsk1 - oe、GmBES1.5-OE和gmbsk1转基因大豆植株，并通过转录组分析、LUC活性测定和EMSA分析，阐明gmbsk1 - gmbes1.5介导大豆耐热性的潜在分子机制。
GmBSK1-GmGSK1-GmBES1.5大豆耐热性调控模块
图片来源：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.09.004
研究结果表明：CRISPR/ cas9产生的gmbsk1基因敲除突变体由于清除活性氧(ROS)的能力降低，对热应激的敏感性增加。GmBES1.5在GmBSK1-OE植株热胁迫条件下表达上调，并直接结合非生物胁迫相关基因启动子中的E-box基序，从而增强大豆植株的耐热性。此外，研究者发现GmGSK1和GmBES1.5之间存在相互作用，而GmGSK1抑制GmBES1.5的转录活性。有趣的是，GmBSK1和GmGSK1之间的相互作用促进了GmGSK1在质膜上的定位，并释放了GmBES1.5的转录活性。
大豆耐热性GmBSK1-GmGSK1-GmBES1.5调控模块示意图
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综上所述，本研究通过BR和热胁迫诱导大豆GmBSK1基因，GmBSK1过表达通过激活活性氧清除系统增强大豆耐热性。研究者发现GmGSK1是GmBSK1和GmBES1.5的相互作用蛋白，而GmBSK1可以拮抗GmGSK1和GmBES1.5的相互作用，从而挽救GmGSK1对被抑制的GmBES1.5的转录激活。本研究结果阐明了GmBSK1增强大豆耐热性的调控机制。(生物谷 Bioon.com）
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