以磷酸盐饥饿反应为中心的网络调节菌根共生

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为了从土壤中获取磷(P),大多数陆地植物使用通过根毛和表皮的直接磷酸盐摄取途径和通过菌根共生的间接磷酸盐摄取途径。这两条途径之间的相互作用尚不清楚。

在这里,我们使用Y1H绘制了转录因子和菌根共生相关基因之间的网络。有趣的是,该基因调控网络受保守的P传感通路控制,以磷酸盐饥饿反应(PHR)转录因子为中心。PHRs是菌根共生所必需的,并通过P1BS基序调节共生相关基因。

SPX域蛋白抑制OsPHR2介导的共生相关基因的诱导并抑制菌根感染。相反,过度表达的植物OsPHR2的植物显示出改善的菌根感染并且部分抵抗P介导的共生抑制。网络节点的功能分析揭示了激素信号和菌根共生的共同调节。该网络通过内源和外源信号破译了菌根共生的广泛调节,并突出了菌根共生的P传感通路的共同选择。

丛枝菌根共生基因调控网络图谱

为了系统地揭示调节AM共生的转录因子,我们使用酵母单杂交试验(Y1H)筛选个水稻转录因子(表S1)以结合51个目标水稻启动子(表S2)。选择51个目标启动子是因为它们参与或调节与菌根共生相关的基因,包括信号转导、丛枝膜形成、营养交换、脂质生物合成或AM依赖性转录(图S1A;表S2)。

图S1YAM启动子和节点的描述

我们发现了一个由个转录因子和47个目标启动子组成的高度互连网络(图1A;表S1),我们称之为“AM共生酵母单杂交网络”(YAM)。平均而言,每个启动子可以与四个转录因子相互作用。个转录因子代表超过11个家族,MYB、C2H2、AP2-EREBP、WRKY和GRAS家族的代表过多(表S1)。菌根定植发生在植物根部,72%(/)的YAM转录因子在根部表达(每千碱基外显子片段数/百万映射片段数[FPKM]≥1)(图S1B;表S3)).此外,与非定植根相比,19种YAM转录因子在AM定植根中的表达增加(log21,调整后的p0.)(图S1B;表S3)。YAM捕获了CYCLOPS和RAM1启动子之间已知的相互作用(图1A),验证我们的分析。此外,六种YAM转录因子,包括RAM1/RAD1、WRI5a/b、DIP1和CYCLOPS,已知在水稻和其他植物物种的菌根共生中发挥作用(图1A).总而言之,该网络发现了次交互。

图1丛枝菌根共生调控网络

YAM揭示了菌根共生中转录因子的一种先前未描述的、假定的分级调节(图1A)。有趣的是,基因本体分析表明,YAM中的转录因子在N化合物代谢、大分子生物合成和含核碱基化合物代谢的调节中得到丰富(表S3)。YAM包括控制多种激素信号通路的关键转录因子,例如ETHYLENE-INSENSITIVE3-LIKE1(OsEIL1/MHZ6)和OsEIL2正调节乙烯信号,AUXINRESPONSEFACTOR12(OsARF12)和OsARF25调节水稻中的生长素信号和磷酸盐稳态,以及调控茉莉酸信号转导的OsMYC2(图1B;表S1)。此外,YAM中的12个转录因子与磷饥饿相关(图S1B;表S3)。总的来说,这些数据表明菌根共生、营养代谢和激素信号之间存在大量的调控相互作用。

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