ZmMPK5 ‐mediated ZmOCL1 phosphorylation positively regulates drought tolerance by promoting the induction of ZmDHN2 in maize

耐旱性 基因 生物 转录组 转录因子 磷酸化 细胞生物学 激酶 突变体 蛋白激酶A 基因表达 转录调控 抄写(语言学) WRKY蛋白质结构域 拟南芥 基因表达调控 过氧化物酶 生物化学 野生型 蛋白质磷酸化 干旱胁迫 遗传学 抗旱性 转基因作物 信号转导 基因组 植物生理学 转基因 脱落酸 上游激活序列
作者
Xueping Yang,Jinkui Cheng,Fujun Wang,Aifang Ma,Yu Wang,Zhizhong Gong
出处
期刊:New Phytologist [Wiley]
卷期号:250 (1): 347-365 被引量:1
标识
DOI:10.1111/nph.70898
摘要

Transcription factors (TFs) play a critical role in regulating the expression of drought-responsive genes. Elucidating how TFs are modulated by stress signals will contribute to deciphering the impacts of drought on transcriptional regulation. We discovered that the mutation of an HD-Zip IV TF ZmOCL1 (OUTER CELL LAYER1) enhances susceptibility to water deficit. Transcriptome analysis and biochemical evidence demonstrated that a dehydrin gene ZmDHN2 is one of the direct target genes of ZmOCL1. Overexpression of ZmDHN2 in maize confers drought resistance by regulating stomatal closure, elevating peroxidase activity, and reducing hydrogen peroxide accumulation. Screening for an upstream kinase of ZmOCL1 identified a mitogen-activated protein kinase (MAPK) ZmMPK5, which is activated by dehydration. ZmMPK5 phosphorylates ZmOCL1 at the Ser283 residue and increases its binding affinity to the ZmDHN2 promoter, leading to full induction of ZmDHN2. Overexpression of ZmMPK5 improves drought tolerance and raises the transcription of ZmDHN2 compared to wild-type maize, while knockout of ZmMPK5 results in sensitivity to drought and a decrease in ZmDHN2 transcription. Our work reveals a transcriptional regulatory module in which ZmOCL1 promotes the expression of ZmDHN2 after being phosphorylated by ZmMPK5 in response to drought stress, finally resulting in better adaptation to water scarcity.
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