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一个 amiRNA 筛选揭示了冗余的 CBF 和 ERF34/35 转录因子,它们可差异化调控砷和镉的响应。

An amiRNA screen uncovers redundant CBF and ERF34/35 transcription factors that differentially regulate arsenite and cadmium responses.

机构信息

Division of Biological Sciences, Cell and Developmental Biology Section, University of California, San Diego, California, USA.

Department of Bioengineering, University of California, San Diego, La Jolla, California, USA.

出版信息

Plant Cell Environ. 2021 May;44(5):1692-1706. doi: 10.1111/pce.14023. Epub 2021 Feb 25.

Abstract

Arsenic stress causes rapid transcriptional responses in plants. However, transcriptional regulators of arsenic-induced gene expression in plants remain less well known. To date, forward genetic screens have proven limited for dissecting arsenic response mechanisms. We hypothesized that this may be due to the extensive genetic redundancy present in plant genomes. To overcome this limitation, we pursued a forward genetic screen for arsenite tolerance using a randomized library of plants expressing >2,000 artificial microRNAs (amiRNAs). This library was designed to knock-down diverse combinations of homologous gene family members within sub-clades of transcription factor and transporter gene families. We identified six transformant lines showing an altered response to arsenite in root growth assays. Further characterization of an amiRNA line targeting closely homologous CBF and ERF transcription factors show that the CBF1,2 and 3 transcription factors negatively regulate arsenite sensitivity. Furthermore, the ERF34 and ERF35 transcription factors are required for cadmium resistance. Generation of CRISPR lines, higher-order T-DNA mutants and gene expression analyses, further support our findings. These ERF transcription factors differentially regulate arsenite sensitivity and cadmium tolerance.

摘要

砷胁迫会引起植物的快速转录反应。然而,植物中砷诱导基因表达的转录调控因子还不太为人所知。迄今为止,正向遗传学筛选在解析砷反应机制方面证明是有限的。我们假设这可能是由于植物基因组中存在广泛的遗传冗余。为了克服这一限制,我们使用表达 >2000 个人工 microRNA (amiRNA)的植物随机文库进行了亚砷酸盐耐受性的正向遗传筛选。该文库旨在敲低转录因子和转运蛋白基因家族的亚家族中同源基因家族成员的不同组合。我们鉴定出 6 个转化株系在根生长测定中对亚砷酸盐的反应发生了改变。对靶向紧密同源的 CBF 和 ERF 转录因子的 amiRNA 株系的进一步表征表明,CBF1、2 和 3 转录因子负调控亚砷酸盐敏感性。此外,ERF34 和 ERF35 转录因子是镉抗性所必需的。CRISPR 株系、更高阶的 T-DNA 突变体和基因表达分析的生成进一步支持了我们的发现。这些 ERF 转录因子差异调节亚砷酸盐敏感性和镉耐受性。

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