TaWRKY31, a novel WRKY transcription factor in wheat, participates in regulation of plant drought stress tolerance

WRKY蛋白质结构域 生物 拟南芥 超氧化物歧化酶 转录因子 非生物胁迫 丙二醛 过氧化氢酶 多胺氧化酶 脱落酸 耐旱性 脯氨酸 植物 抗氧化剂 基因 生物化学 氨基酸 精胺 突变体
作者
Miaomiao Ge,Tao Yan,Yong Liang Guan,Meicheng Lv,Chunju Zhou,Hui Ma,Jinyin Lv
出处
期刊:BMC Plant Biology [Springer Nature]
卷期号:24 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1186/s12870-023-04709-7
摘要

Wheat, a crucial food crop in China, is highly vulnerable to drought stress throughout its growth and development. WRKY transcription factors (TFs), being one of the largest families of TFs, play a vital role in responding to various abiotic stresses in plants.Here, we cloned and characterized the TF TaWRKY31 isolated from wheat. This TF, belonging to the WRKY II family, contains a WRKYGQK amino acid sequence and a C2H2-type zinc finger structure. TaWRKY31 exhibits tissue-specific expression and demonstrates responsiveness to abiotic stresses in wheat. TaWRKY31 protein is localized in the nucleus and can function as a TF with transcription activating activity at the N-terminus. Results showed that the wheat plants with silenced strains (BSMV:TaWRKY31-1as and BSMV:TaWRKY31-2as) exhibited poor growth status and low relative water content when subjected to drought treatment. Moreover, the levels of O2·-, H2O2, and malondialdehyde (MDA) in the BSMV:TaWRKY31-induced wheat plants increased, while the activities of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, peroxidase, and catalase) decreased. Compared to control plants, BSMV:TaWRKY31-induced wheat plants exhibited lower expression levels of TaSOD (Fe), TaPOD, TaCAT, TaDREB1, TaP5CS, TaNCED1, TaSnRK2, TaPP2C, and TaPYL5.Under stress or drought treatment conditions, the overexpression of TaWRKY31 in Arabidopsis resulted in decreased levels of H2O2 and MDA, as well as reduced stomatal opening and water loss. Furthermore, an increase in resistance oxidase activity, germination rate, and root length in the TaWRKY31 transgenic Arabidopsis was observed. Lastly, overexpression of TaWRKY31 in Arabidopsis resulted in higher the expression levels of AtNCED3, AtABA2, AtSnRK2.2, AtABI1, AtABF3, AtP5CS1, AtSOD (Cu/Zn), AtPOD, AtCAT, AtRD29A, AtRD29B, and AtDREB2A than in control plants.Our findings indicate that TaWRKY31 enhances drought resistance in plants by promoting the scavenging of reactive oxygen species, reducing stomatal opening, and increasing the expression levels of stress-related genes.
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