Molecular regulatory mechanisms of staminate strobilus development and dehiscence in Torreya grandis

斯特罗比卢斯 雄蕊 茉莉酸 WRKY蛋白质结构域 赤霉素 生物 生长素 植物 茉莉酸 细胞生物学 基因 生物化学 基因表达 拟南芥 转录组 花粉 突变体
作者
Weijie Chen,Baofeng Jiang,Hao Zeng,Zhihui Liu,Wenchao Chen,Shan Zheng,Jiasheng Wu,Heqiang Lou
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:195 (1): 534-551 被引量:7
标识
DOI:10.1093/plphys/kiae081
摘要

Gymnosperms are mostly dioecious, and their staminate strobili undergo a longer developmental period than those of angiosperms. However, the underlying molecular mechanisms remain unclear. This study aimed to identify key genes and pathways involved in staminate strobilus development and dehiscence in Torreya grandis. Through weighted gene co-expression network analysis (WGCNA), we identified fast elongation-related genes enriched in carbon metabolism and auxin signal transduction, whereas dehiscence-related genes were abundant in alpha-linolenic acid metabolism and the phenylpropanoid pathway. Based on WGCNA, we also identified PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR4 (TgPIF4) as a potential regulator for fast elongation of staminate strobilus and 2 WRKY proteins (TgWRKY3 and TgWRKY31) as potential regulators for staminate strobilus dehiscence. Multiple protein-DNA interaction analyses showed that TgPIF4 directly activates the expression of TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE2 (TgTIR2) and NADP-MALIC ENZYME (TgNADP-ME). Overexpression of TgPIF4 significantly promoted staminate strobilus elongation by elevating auxin signal transduction and pyruvate content. TgWRKY3 and TgWRKY31 bind to the promoters of the lignin biosynthesis gene PHENYLALANINE AMMONIA-LYASE (TgPAL) and jasmonic acid metabolism gene JASMONATE O-METHYLTRANSFERASE (TgJMT), respectively, and directly activate their transcription. Overexpression of TgWRKY3 and TgWRKY31 in the staminate strobilus led to early dehiscence, accompanied by increased lignin and methyl jasmonate levels, respectively. Collectively, our findings offer a perspective for understanding the growth of staminate strobili in gymnosperms.
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