Allelic variation in transcription factor PtoWRKY68 contributes to drought tolerance in Populus

耐旱性 生物 非同义代换 胡杨 基因 脱落酸 拟南芥 数量性状位点 遗传学 等位基因 遗传变异 表达数量性状基因座 发起人 单倍型 局部适应 基因组 植物 基因表达 单核苷酸多态性 基因型 人口 人口学 社会学 突变体
作者
Yuanyuan Fang,Dan Wang,Liang Xiao,Mingyang Quan,Weina Qi,Fangyuan Song,Jiaxuan Zhou,Xin Liu,Shitong Qin,Qingzhang Du,Qing Liu,Yousry A. El‐Kassaby,Deqiang Zhang
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:193 (1): 736-755 被引量:31
标识
DOI:10.1093/plphys/kiad315
摘要

Abstract Drought stress limits woody species productivity and influences tree distribution. However, dissecting the molecular mechanisms that underpin drought responses in forest trees can be challenging due to trait complexity. Here, using a panel of 300 Chinese white poplar (Populus tomentosa) accessions collected from different geographical climatic regions in China, we performed a genome-wide association study (GWAS) on seven drought-related traits and identified PtoWRKY68 as a candidate gene involved in the response to drought stress. A 12-bp insertion and/or deletion and three nonsynonymous variants in the PtoWRKY68 coding sequence categorized natural populations of P. tomentosa into two haplotype groups, PtoWRKY68hap1 and PtoWRKY68hap2. The allelic variation in these two PtoWRKY68 haplotypes conferred differential transcriptional regulatory activities and binding to the promoters of downstream abscisic acid (ABA) efflux and signaling genes. Overexpression of PtoWRKY68hap1 and PtoWRKY68hap2 in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ameliorated the drought tolerance of two transgenic lines and increased ABA content by 42.7% and 14.3% compared to wild-type plants, respectively. Notably, PtoWRKY68hap1 (associated with drought tolerance) is ubiquitous in accessions in water-deficient environments, whereas the drought-sensitive allele PtoWRKY68hap2 is widely distributed in well-watered regions, consistent with the trends in local precipitation, suggesting that these alleles correspond to geographical adaptation in Populus. Moreover, quantitative trait loci analysis and an electrophoretic mobility shift assay showed that SHORT VEGETATIVE PHASE (PtoSVP.3) positively regulates the expression of PtoWRKY68 under drought stress. We propose a drought tolerance regulatory module in which PtoWRKY68 modulates ABA signaling and accumulation, providing insight into the genetic basis of drought tolerance in trees. Our findings will facilitate molecular breeding to improve the drought tolerance of forest trees.
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