生物钟驱动诸多生理过程的近日节律,参与着植物的生长发育、新陈代谢和环境适应性。水分胁迫是导致作物减产的重要因素,大豆营养生长阶段轻度缺水即可抑制植株生长进而影响产量;开花期和鼓粒期的水分胁迫更会导致严重减产。ABA是调控植物水分胁迫的关键激素信号,ABA的合成和降解均受生物钟调控,但先前的研究未能揭示生物钟如何门控ABA信号(Circadian gating of ABA signaling)调控植物对失水胁迫的响应。
研究发现在大豆生物钟核心组分GmLCL(LHY/CCA1-like)通过调控ABA代谢和相应信号转导基因的节律性表达相位 (Circadian Phase) ,参与叶片的失水响应。研究人员发现清晨表达的生物钟核心转录因子GmLCLa1,a2,b1,b2的四重缺失突变体(gmlclq)叶片在离体后的失水率显著降低,在叶片失水过程中,突变体材料水分胁迫响应基因表达上调,水分胁迫引起GmLCL昼夜节律性表达的相位(Acrophase)滞后,利用大豆毛状根检测其在自由振荡(Free-running)条件下的近日节律,发现外源施加ABA显著缩短近日节律的周期长度(FRP)。植物的叶片温度受生物钟调控而呈现出近日节律性。该研究发现,在正午时分,大豆突变体材料gmlclq的叶温明显高于野生型。为进一步解析GmLCLs调控大豆响应水分胁迫中的作用机理,研究人员分析了ABA代谢和相关信号通路中关键基因的节律性表达,发现生物钟调控了多个ABA降解途径关键酶基因在gmlclq材料的峰值相位均前移,而且在gmlclq突变体中,GmPYL17, GmCYP707A, GmABI2, 和GmSnRK2s 基因的表达量在叶片脱水时表达量显著增加。
2020年11月13日。该研究成果以GmLCLs negatively regulate ABA perception and signaling genes in soybean leaf dehydration response为题发表Plant Cell Environ杂志上(论文链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33125160/)。
大豆生物钟基因GmLCLs调控ABA代谢和信号响应基因的昼夜节律性表达