The transcription factor NAC102 confers cadmium tolerance by regulating WAKL11 expression and cell wall pectin metabolism in Arabidopsis

拟南芥 转录因子 细胞壁 果胶 突变体 野生型 拟南芥 细胞生物学 生物 转录调控 多糖 抄写(语言学) 生物化学 化学 基因 语言学 哲学
作者
Guang Hao Han,Ru Nan Huang,Li Hong Hong,Jia Xi Xu,Yi Hong,Yuhuan Wu,Wei Wei Chen
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:65 (10): 2262-2278 被引量:19
标识
DOI:10.1111/jipb.13557
摘要

Cadmium (Cd) toxicity severely limits plant growth and development. Moreover, Cd accumulation in vegetables, fruits, and food crops poses health risks to animals and humans. Although the root cell wall has been implicated in Cd stress in plants, whether Cd binding by cell wall polysaccharides contributes to tolerance remains controversial, and the mechanism underlying transcriptional regulation of cell wall polysaccharide biosynthesis in response to Cd stress is unknown. Here, we functionally characterized an Arabidopsis thaliana NAC-type transcription factor, NAC102, revealing its role in Cd stress responses. Cd stress rapidly induced accumulation of NAC102.1, the major transcript encoding functional NAC102, especially in the root apex. Compared to wild type (WT) plants, a nac102 mutant exhibited enhanced Cd sensitivity, whereas NAC102.1-overexpressing plants displayed the opposite phenotype. Furthermore, NAC102 localizes to the nucleus, binds directly to the promoter of WALL-ASSOCIATED KINASE-LIKE PROTEIN11 (WAKL11), and induces transcription, thereby facilitating pectin degradation and decreasing Cd binding by pectin. Moreover, WAKL11 overexpression restored Cd tolerance in nac102 mutants to the WT levels, which was correlated with a lower pectin content and lower levels of pectin-bound Cd. Taken together, our work shows that the NAC102-WAKL11 module regulates cell wall pectin metabolism and Cd binding, thus conferring Cd tolerance in Arabidopsis.
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