Published June 20, 2023
| Version v1
Publication
Open
An ethylene-induced NAC transcription factor acts as a multiple abiotic stress responsor in conifer
Creators
- 1. Beijing Forestry University
Description
Abstract The proper response to various abiotic stresses is essential for plants' survival to overcome their sessile nature, especially for perennial trees with very long-life cycles. However, in conifers, the molecular mechanisms that coordinate multiple abiotic stress responses remain elusive. Here, the transcriptome response to various abiotic stresses like salt, cold, drought, heat shock and osmotic were systematically detected in Pinus tabuliformis (P. tabuliformis) seedlings. We found that four transcription factors were commonly induced by all tested stress treatments, while PtNAC3 and PtZFP30 were highly up-regulated and co-expressed. Unexpectedly, the exogenous hormone treatment assays and the content of the endogenous hormone indicates that the upregulation of PtNAC3 and PtZFP30 are mediated by ethylene. Time-course assay showed that the treatment by ethylene immediate precursor, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC), activated the expression of PtNAC3 and PtZFP30 within 8 hours. We further confirm that the PtNAC3 can directly bind to the PtZFP30 promoter region and form a cascade. Overexpression of PtNAC3 enhanced unified abiotic stress tolerance without growth penalty in transgenic Arabidopsis and promoted reproductive success under abiotic stress by shortening the lifespan, suggesting it has great potential as a biological tool applied to plant breeding for abiotic stress tolerance. This study provides novel insights into the hub nodes of the abiotic stresses response network as well as the environmental adaptation mechanism in conifers, and provides a potential biofortification tool to enhance plant unified abiotic stress tolerance.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة إن الاستجابة المناسبة لمختلف الضغوط اللاأحيائية ضرورية لبقاء النباتات على قيد الحياة للتغلب على طبيعتها اللاطئة، خاصة بالنسبة للأشجار المعمرة ذات دورات الحياة الطويلة جدًا. ومع ذلك، في الصنوبريات، تظل الآليات الجزيئية التي تنسق استجابات الإجهاد اللاأحيائي المتعددة بعيدة المنال. هنا، تم اكتشاف استجابة الترنسكريبتوم لمختلف الضغوط اللاأحيائية مثل الملح والبرد والجفاف والصدمة الحرارية والتناضحية بشكل منهجي في شتلات الصنوبر المجدول (P. tabuliformis). وجدنا أن أربعة عوامل للنسخ كانت مستحثة بشكل شائع من قبل جميع علاجات الإجهاد المختبرة، في حين أن PtNAC3 و PtZFP30 كانتا منظمتين بشكل كبير وتم التعبير عنهما بشكل مشترك. بشكل غير متوقع، تشير فحوصات العلاج بالهرمونات الخارجية ومحتوى الهرمون الداخلي إلى أن إعادة تنظيم PtNAC3 و PtZFP30 يتم بوساطة الإيثيلين. أظهر فحص المسار الزمني أن المعالجة بواسطة سلائف الإيثيلين المباشرة، حمض 1 -أمينو سيكلوبروبان-1 -كربوكسيلي (ACC)، نشطت التعبير عن PtNAC3 و PtZFP30 في غضون 8 ساعات. نؤكد كذلك أن PtNAC3 يمكن أن يرتبط مباشرة بمنطقة مروج PtZFP30 ويشكل سلسلة. أدى الإفراط في التعبير عن PtNAC3 إلى تعزيز تحمل الإجهاد اللاأحيائي الموحد دون عقوبة النمو في الأرابيدوبسيس المعدلة وراثيًا وتعزيز النجاح الإنجابي تحت الضغط اللاأحيائي من خلال تقصير العمر، مما يشير إلى أن لديه إمكانات كبيرة كأداة بيولوجية تطبق على تربية النباتات لتحمل الإجهاد اللاأحيائي. تقدم هذه الدراسة رؤى جديدة حول العقد المحورية لشبكة الاستجابة للضغوط اللاأحيائية بالإضافة إلى آلية التكيف البيئي في الصنوبريات، وتوفر أداة تقوية بيولوجية محتملة لتعزيز تحمل الإجهاد اللاأحيائي الموحد للنبات.Translated Description (French)
Résumé La réponse appropriée à divers stress abiotiques est essentielle pour la survie des plantes afin de surmonter leur nature sessile, en particulier pour les arbres pérennes avec des cycles de vie très longs. Cependant, chez les conifères, les mécanismes moléculaires qui coordonnent les réponses multiples au stress abiotique restent insaisissables. Ici, la réponse du transcriptome à divers stress abiotiques comme le sel, le froid, la sécheresse, le choc thermique et l'osmose a été systématiquement détectée chez les semis de Pinus tabuliformis (P. tabuliformis). Nous avons constaté que quatre facteurs de transcription étaient couramment induits par tous les traitements du stress testés, tandis que PtNAC3 et PtZFP30 étaient fortement régulés à la hausse et co-exprimés. De manière inattendue, les dosages de traitement hormonal exogène et la teneur en hormone endogène indiquent que la régulation positive de PtNAC3 et PtZFP30 est médiée par l'éthylène. Le test chronologique a montré que le traitement par le précurseur immédiat de l'éthylène, l'acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique (ACC), activait l'expression de PtNAC3 et de PtZFP30 dans les 8 heures. Nous confirmons en outre que le PtNAC3 peut se lier directement à la région promotrice du PtZFP30 et former une cascade. La surexpression de PtNAC3 a amélioré la tolérance au stress abiotique unifié sans pénalité de croissance chez Arabidopsis transgénique et a favorisé le succès de la reproduction sous stress abiotique en raccourcissant la durée de vie, ce qui suggère qu'il a un grand potentiel en tant qu'outil biologique appliqué à la sélection végétale pour la tolérance au stress abiotique. Cette étude fournit de nouvelles informations sur les nœuds pivots du réseau de réponse au stress abiotique ainsi que sur le mécanisme d'adaptation environnementale des conifères, et fournit un outil de biofortification potentiel pour améliorer la tolérance au stress abiotique unifiée des plantes.Translated Description (Spanish)
Resumen La respuesta adecuada a diversos estreses abióticos es esencial para que la supervivencia de las plantas supere su naturaleza sésil, especialmente para los árboles perennes con ciclos de vida muy largos. Sin embargo, en las coníferas, los mecanismos moleculares que coordinan múltiples respuestas al estrés abiótico siguen siendo elusivos. Aquí, la respuesta del transcriptoma a diversas tensiones abióticas como la sal, el frío, la sequía, el choque térmico y la osmótica se detectaron sistemáticamente en las plántulas de Pinus tabuliformis (P. tabuliformis). Encontramos que cuatro factores de transcripción fueron comúnmente inducidos por todos los tratamientos de estrés probados, mientras que PtNAC3 y PtZFP30 fueron altamente regulados y coexpresados. Inesperadamente, los ensayos de tratamiento hormonal exógeno y el contenido de la hormona endógena indican que la regulación positiva de PtNAC3 y PtZFP30 está mediada por etileno. El ensayo de curso temporal mostró que el tratamiento con el precursor inmediato de etileno, ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC), activó la expresión de PtNAC3 y PtZFP30 en 8 horas. Además, confirmamos que PtNAC3 puede unirse directamente a la región promotora de PtZFP30 y formar una cascada. La sobreexpresión de PtNAC3 mejoró la tolerancia al estrés abiótico unificado sin penalización de crecimiento en Arabidopsis transgénica y promovió el éxito reproductivo bajo estrés abiótico al acortar la vida útil, lo que sugiere que tiene un gran potencial como herramienta biológica aplicada al fitomejoramiento para la tolerancia al estrés abiótico. Este estudio proporciona información novedosa sobre los nodos centrales de la red de respuesta al estrés abiótico, así como sobre el mecanismo de adaptación ambiental en las coníferas, y proporciona una posible herramienta de biofortificación para mejorar la tolerancia al estrés abiótico unificado de las plantas.Files
uhad130.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يعمل عامل نسخ NAC المستحث بالإيثيلين كمستجيب متعدد للإجهاد اللاأحيائي في الصنوبريات
- Translated title (French)
- Un facteur de transcription NAC induit par l'éthylène agit comme un facteur de stress abiotique multiple chez les conifères
- Translated title (Spanish)
- Un factor de transcripción de NAC inducido por etileno actúa como un responsor de estrés abiótico múltiple en la conífera
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4381432448
- DOI
- 10.1093/hr/uhad130
References
- https://openalex.org/W1739525866
- https://openalex.org/W1881180713
- https://openalex.org/W1968895410
- https://openalex.org/W1978388825
- https://openalex.org/W1985117113
- https://openalex.org/W1991637443
- https://openalex.org/W1995933302
- https://openalex.org/W2009899621
- https://openalex.org/W2018226686
- https://openalex.org/W2020502369
- https://openalex.org/W2024058212
- https://openalex.org/W2047219827
- https://openalex.org/W2052478084
- https://openalex.org/W2052821301
- https://openalex.org/W2057741779
- https://openalex.org/W2078929441
- https://openalex.org/W2104569429
- https://openalex.org/W2105595936
- https://openalex.org/W2112092738
- https://openalex.org/W2113169521
- https://openalex.org/W2121672926
- https://openalex.org/W2128215659
- https://openalex.org/W2141821042
- https://openalex.org/W2151524992
- https://openalex.org/W2159532825
- https://openalex.org/W2163850939
- https://openalex.org/W2165295937
- https://openalex.org/W2269874147
- https://openalex.org/W2298590143
- https://openalex.org/W2323326409
- https://openalex.org/W2525882045
- https://openalex.org/W2527891094
- https://openalex.org/W2559071109
- https://openalex.org/W2569291027
- https://openalex.org/W2583789204
- https://openalex.org/W2616265326
- https://openalex.org/W2662563668
- https://openalex.org/W2737766911
- https://openalex.org/W2741617948
- https://openalex.org/W2744196373
- https://openalex.org/W2769920900
- https://openalex.org/W2783156017
- https://openalex.org/W2799722176
- https://openalex.org/W2803920757
- https://openalex.org/W2884757874
- https://openalex.org/W2900351255
- https://openalex.org/W2901080265
- https://openalex.org/W2938100222
- https://openalex.org/W2944120274
- https://openalex.org/W2982670681
- https://openalex.org/W2985818996
- https://openalex.org/W2988596226
- https://openalex.org/W3017055537
- https://openalex.org/W3017150197
- https://openalex.org/W3039055360
- https://openalex.org/W3047896654
- https://openalex.org/W3050991960
- https://openalex.org/W3112051360
- https://openalex.org/W3120069973
- https://openalex.org/W3122732477
- https://openalex.org/W3122836587
- https://openalex.org/W3125213608
- https://openalex.org/W3138105444
- https://openalex.org/W3143421598
- https://openalex.org/W3159885525
- https://openalex.org/W3173942044
- https://openalex.org/W3197076588
- https://openalex.org/W3200784141
- https://openalex.org/W3217733301
- https://openalex.org/W4200262120
- https://openalex.org/W4200584992
- https://openalex.org/W4283590434
- https://openalex.org/W4283824632