Genome‐Wide Association Study Pinpoints Novel Genes Regulating Seedling Root Growth Variation of Arabidopsis thaliana Under Drought

生物 苗木 基因 耐旱性 突变体 遗传变异 耕作 基因敲除 表型 水稻 生态型 遗传学 候选基因 植物 拟南芥 拟南芥 作物 关联映射 侧根 细胞生物学 脱落酸 分子育种 小RNA
作者
Debankona Marik,Surbhi Vilas Tajane,Rishabh Kumar,Sucharita Dey,Ayan Sadhukhan
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:49 (5): 2494-2512 被引量:3
标识
DOI:10.1111/pce.70399
摘要

Developing drought-resilient crops requires a precise understanding of molecular signalling in the root, the primary organ encountering drought. This study unravelled novel genetic loci regulating drought tolerance by exploiting the natural variation in seedling root growth of Arabidopsis thaliana under PEG-induced drought stress. Through a genome-wide association study of 207 worldwide A. thaliana ecotypes from regions with varied rainfall, 68 protein-coding genes were identified with the top 50 SNPs. Functional enrichment and network analyses demarcated key processes involved in stress tolerance, including DNA repair, tRNA editing, protein folding, cell cycle regulation, stress granule assembly and the pyridoxal 5'-phosphate (PLP) salvage pathway. Expression level polymorphisms, promoter cis-element variations and amino acid substitutions associated with phenotype and climate were identified. Reverse genetic evaluation using T-DNA insertion knockout/knockdown mutants confirmed the involvement of candidate genes: AT1G06690 (PLP pathway), AT4G26990, RBP45C (stress granules), ACD55.5 (protein folding), PCMP-A4 (AT1G14470; RNA editing), SKS6, ANAC094 (cell wall remodelling) and INCENP (cell cycle), with seedling drought tolerance. Specifically, knockdown of AT1G06690 resulted in higher root hydrogen peroxide accumulation, highlighting the importance of the PLP pathway in mitigating oxidative stress. These molecular insights offer new biotechnological and breeding tools to enhance crop drought tolerance by modulating root traits.
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