Tandemly duplicated TaERF109 genes confer drought tolerance and post‐drought recovery in wheat

生物 基因 耐旱性 遗传学 基因复制 效应器 突变体 分蘖(植物学) 功能(生物学) 细胞生物学 拟南芥 下调和上调 干旱胁迫 表型 细胞分裂素 基因表达 基因表达调控 发起人 基因家族 转录因子 适应(眼睛)
作者
Jun Chen,Shang Zhao,Wenjing Li,Chunxiao Wang,Yuan Gao,Zihan Yang,Yongbin Zhou,Ming Chen,Zhaoshi Xu,Youzhi Ma
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:68 (6): 1744-1761
标识
DOI:10.1111/jipb.70196
摘要

To adapt to environmental challenges, plants have evolved extensive gene families through duplication events, generating multiple-copy genes that mediate stress responses. However, the function of these duplicated genes in wheat remains unclear. In this study, we identified ten tandemly duplicated ETHYLENE RESPONSE FACTOR 109 (ERF109) genes in wheat, seven of which showed rapid induction under drought treatment. Overexpressing TaERF109A2 resulted in delayed heading date, increased tiller number, reduced plant height and root length, and enhanced drought resilience. Conversely, the CRISPR/Cas9-generated nonuple Taerf109s mutant showed exacerbated growth inhibition under drought stress. RNA-seq and functional analyses indicated that TaMADS56, functioning as a genetic downstream effector of TaERF109A2, modulates wheat tillering, heading date, and drought recovery responses. TaERF109A2 directly binds to the GCC-box motifs in the promoters of TaIPT8-5B/5D, thereby regulating cytokinin (CK) biosynthesis. Moreover, overexpression of TaERF109A2 enhances nicotianamine (NA) accumulation, which in turn confers tolerance to iron toxicity and drought stress via upregulation of nicotianamine synthase (NAS) genes. Our findings have highlighted the critical role of tandemly duplicated genes in the coordination of stress responses and developmental processes in wheat.
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