Ethylene Response Factor109 Attunes Immunity, Photosynthesis, and Iron Homeostasis in Arabidopsis Leaves

黄化 拟南芥 生物 转录组 光合作用 拟南芥 野生型 转录因子 植物生理学 缺铁 植物 基因 细胞生物学 遗传学 基因表达 突变体 内科学 医学 贫血
作者
Chiu-Ling Yang,Yu‐Ting Huang,Wolfgang Schmidt,Patricia E. Klein,Ming‐Tsair Chan,I-Chun Pan
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media SA]
卷期号:13 被引量:8
标识
DOI:10.3389/fpls.2022.841366
摘要

Iron (Fe) is an essential micronutrient element for all organisms including plants. Chlorosis of young leaves is a common symptom of Fe deficiency, reducing the efficiency of photosynthesis, and, ultimately, crop yield. Previous research revealed strong responsiveness of the putative key transcription factor ERF109 to the Fe regime. To elucidate the possible role of ERF109 in leaf Fe homeostasis and photosynthesis, we subjected Arabidopsis thaliana erf109 knockout lines and Col-0 wild-type plants to transcriptome profiling via RNA-seq. The transcriptome profile of Fe-sufficient erf109 leaves showed a 71% overlap with Fe-deficient Col-0 plants. On the other hand, genes that were differentially expressed between Fe-deficient and Fe-sufficient Col-0 plants remained unchanged in erf109 plants under conditions of Fe deficiency. Mutations in ERF109 increased the expression of the clade Ib bHLH proteins bHLH38, bHLH39, bHLH101, the nicotianamine synthase NAS4, and the Fe storage gene FER1. Moreover, mutations in ERF109 led to significant down-regulation of defense genes, including CML37, WRKY40, ERF13, and EXO70B2. Leaves of erf109 exhibited increased Fe levels under both Fe-sufficient and Fe-deficient conditions. Reduced Fv/Fm and Soil Plant Analysis Development (SPAD) values in erf109 lines under Fe deficiency indicate curtailed ability of photosynthesis relative to the wild-type. Our findings suggest that ERF109 is a negative regulator of the leaf response to Fe deficiency. It further appears that the function of ERF109 in the Fe response is critical for regulating pathogen defense and photosynthetic efficiency. Taken together, our study reveals a novel function of ERF109 and provides a systematic perspective on the intertwining of the immunity regulatory network and cellular Fe homeostasis.
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