Le SnRK2.3 - Groupe de bobines d'allumage Guiyang

Nature Plantes (2023)Citer cet article

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Les sucres solubles sont les composants essentiels de la qualité des fruits, et le degré d'accumulation de sucre est largement déterminé par les transporteurs de sucre localisés dans les tonoplastes. Nous avons précédemment montré que deux classes de transporteurs de sucre tonoplastes, MdERDL6 et MdTST1/2, régulent de manière coordonnée l'accumulation de sucre dans les vacuoles. Cependant, le mécanisme sous-jacent à cette coordination reste inconnu. Ici, nous avons découvert que deux facteurs de transcription, MdAREB1.1/1.2, régulent l'expression de MdTST1/2 en liant leurs promoteurs dans la pomme. L'expression améliorée de MdAREB1.1/1.2 dans les plantes de surexpression de MdERDL6-1 a entraîné une augmentation de l'expression de MdTST1/2 et de la concentration en sucre. D'autres études ont établi que MdSnRK2.3, dont l'expression pouvait être régulée en exprimant MdERDL6-1, pouvait interagir avec et phosphoryler MdAREB1.1/1.2, favorisant ainsi l'activation transcriptionnelle médiée par MdAREB1.1/1.2 de MdTST1/2. Enfin, les orthologues SlAREB1.2 et SlSnRK2.3 présentaient des fonctions similaires dans les fruits de tomate comme dans leurs homologues de pomme. Ensemble, nos résultats donnent un aperçu du mécanisme de régulation du transport du sucre tonoplaste exercé par SnRK2.3-AREB1-TST1/2 pour l'accumulation de sucre dans les fruits.

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Toutes les données à l'appui des conclusions de cette étude sont disponibles dans le texte principal ou dans les informations supplémentaires. Des données supplémentaires liées à cette étude sont disponibles sur demande auprès de l'auteur correspondant. Tous les matériaux biologiques utilisés dans cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable. Les données sources sont fournies avec ce document.

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Nous remercions J. Zhang et J. Zhao (Horticulture Science Research Center, Northwest A&F University, Yangling, Chine) pour avoir fourni une assistance technique professionnelle avec l'analyse GC-MS ; H. Zhao et F. Yuan (State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid Areas, Northwest A&F University, Yangling, Chine) et Y. Yuan et R. Chen (Horticulture Science Research Center, Northwest A&F University, Yangling, Chine) pour fournir une assistance expérimentale en microscopie confocale. Ce travail a été soutenu par le programme de la National Natural Science Foundation of China (31872043) à ML, le Shaanxi Science and Technology Innovation Team Project (2022TD-18) à ML, le Australian Research Council (DP180103834) à Y.-LR, et le fonds affecté au système chinois de recherche agricole (CARS-27) à FM

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Lingcheng Zhu, Yanzhen Li.

State Key Laboratory of Crop Stress Biology in Arid Areas/Shaanxi Key Laboratory of Apple, College of Horticulture, Northwest A&F University, Xianyang, Chine

Lingcheng Zhu, Yanzhen Li, Chengcheng Wang, Zhiqi Wang, Wenjing Cao, Jing Su, Yunjing Peng, Baiyun Li, Baiquan Ma, Fengwang Ma, Yong-Ling Ruan et Mingjun Li

Collège des sciences de la vie, Université Northwest A&F, Xianyang, Chine

Lingcheng Zhu

Division des sciences végétales, École de recherche en biologie, Université nationale australienne, Canberra, Territoire de la capitale australienne, Australie

Yong Ling Ruan

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LZ, ML, FM et Y.-LR ont conçu cette recherche. LZ, YL, CW, ZW, JS, YP, BL, WC et BM ont réalisé les expériences. LZ, JS, YL, ML et Y.-LR ont analysé les données. LZ, ML et Y.-LR ont rédigé l'article. ML et FM ont supervisé l'étude. Tous les auteurs ont lu et approuvé le document final.

Correspondance à Fengwang Ma, Yong-Ling Ruan ou Mingjun Li.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Plants remercie Jintao Cheng, Li-Qing Chen et H. Ekkehard Neuhaus pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail.

Note de l'éditeur Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

a, b, Distribution relative des marqueurs spécifiques au compartiment dans les feuilles de pommier surexprimées par MdERDL6-1 (a) et les fruits de tomate (b). Les tissus ont été fractionnés en utilisant une procédure NAF et les activités des enzymes marqueurs dans les cinq fractions ont été déterminées. Les données sont exprimées en pourcentage d'activités dans chaque fraction. L'AGPase, l'UGPase et l'ACP ont été utilisées comme marqueurs plastidiques, cytosoliques et vacuolaires, respectivement. c, d, concentrations subcellulaires de Glc, Fru et Suc dans les fractions de plaste, de cytosol et de vacuole des feuilles de pommier surexprimées par MdERDL6-1 (c) et des fruits de tomate (d). nd, pas de données. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Les astérisques dans (c, d) indiquent des différences significatives telles qu'évaluées par le test t de Student (bilatéral). ***P < 0,001, **P < 0,01, *P < 0,05, ns, non significatif.

Données source

a, Facteurs de transcription exprimés de manière différentielle dans l'ARN-seq des pommes transgéniques MdERDL6-1. Le seuil a été fixé comme suit : RPKM > 1, changement de pli > 1,5. b, c, les facteurs de transcription actifs prédits régulent l'expression de MdTST1 ( b ) et MdTST2 ( c ) sur la base de l'ATAC-seq dans la pomme. d, L'analyse de l'élément ABRE sur les promoteurs MdTST1/2. e, validation qRT-PCR de trois facteurs de transcription différentiels dans l'ARN-seq de pommes transgéniques MdERDL6-1. Les niveaux de transcription ont été normalisés avec ceux de MdActin dans la pomme transgénique. Les niveaux d'expression relatifs pour chaque gène ont été obtenus via la méthode ddCT, l'expression dans le type sauvage (WT) étant définie sur "1". Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 semis). Les astérisques en (e) indiquent des différences significatives telles qu'évaluées par le test t de Student (bilatéral). ***P < 0,001, **P < 0,01, ns, non significatif.

Données source

a, b, Les impacts de l'alimentation des sucres sur les niveaux d'expression de MdSnRK2.3 et MdAREB1.1/1.2. Les cals de pomme ont été cultivés sur un milieu liquide MS avec 2% de sucres exogènes différents (l'eau a été utilisée comme contrôle) et différentes concentrations de Glc pendant 24 h, et les niveaux d'expression génique ont été détectés par qRT-PCR. Les niveaux de transcription ont été normalisés avec ceux de MdActin. Le niveau d'expression relatif a été obtenu via la méthode ddCT, en fixant le niveau d'expression dans l'alimentation en eau à '1'. c, d, Les impacts de l'alimentation des sucres sur les activités du promoteur MdAREB1.1/1.2. Les cals de pomme ont été cultivés sur un milieu liquide MS avec différents sucres exogènes et différentes concentrations de Glc pendant 24 h après infiltration avec Agrobacterium hébergeant des plasmides MdAREB1.1/1.2pro-GUS. Les cals de pomme traités et témoins ont été récoltés pour le dosage de l'activité GUS après 24 h d'alimentation. Les promoteurs de 1924 pb et 1937 pb de MdAREB1.1 et MdAREB1.2 ont été utilisés dans les expériences GUS. Homme : mannose ; Gc : glucose ; Fru : fructose ; Suc : saccharose ; et Sor : sorbitol. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Différentes lettres indiquent des différences significatives telles qu'évaluées par ANOVA unidirectionnelle (test de Tukey), respectivement (P < 0,05).

Données source

a, Arbre phylogénétique des MdAREB du pommier et des gènes orthologues d'Arabidopsis et de la tomate. Les séquences orthologues AREB ont été collectées pour construire un arbre phylogénétique non-raciné en utilisant la méthode de jointure voisine du logiciel MEGA7. Un essai de 1000 essais d'analyse bootstrap a été utilisé pour fournir des estimations fiables de la topologie des arbres phylogénétiques. Les cercles colorés sont des gènes étudiés dans cette recherche. La barre d'échelle correspond à 0,05. b, Localisation nucléaire de MdAREB1.1/1.2. 35Spro:MdAREB1.1/1.2-GFP ont été exprimés de manière transitoire dans des protoplastes de feuilles d'Arabidopsis. Le DAPI a servi de colorant nucléaire. Les signaux GFP de MdAREB1.1/1.2 se chevauchaient avec DAPI, indiquant que MdAREB1.1/1.2 localisé dans le nucléaire. Barres d'échelle, 20 μm. c, Le test d'auto-activation transcriptionnelle de MdAREB1.1/1.2. Les vecteurs pGBKT7-MdAREB1.1/1.2 et pGBKT7 vide (témoin négatif) ont été respectivement introduits dans la souche de levure Y2H, et les cellules transformées ont été repérées sur milieu SD-Trp et SD-Trp-His-Leu+x-α-Gal . Les plaques ont été incubées à 30°C pendant 3 jours. d, La carte thermique des niveaux d'expression de MdAREB basée sur l'ARN-seq dans les feuilles matures (ML) et cinq stades de développement des fruits (S1-S5). La différence de pli est désignée par une valeur log2, les données de S1 étant définies sur 1. Les expériences de (b, c) ont été répétées indépendamment au moins trois fois, avec des résultats similaires.

Données source

a, Les séquences codantes complètes de MdAREB1.1 ou MdAREB1.2 ont été insérées dans le vecteur pMDC83 pour la surexpression stable du gène (OE-MdAREB1.1#1, #2 ; OE-MdAREB1.2#1, #2), tandis que le des fragments d'ADNc spécifiques ont été clonés dans le vecteur pK7GWIWG2 pour le silençage stable du gène (PK7-MdAREB1.1 # 1, # 2; PK7-MdAREB1.2 # 1, # 2). Les vecteurs vides pMDC83 et PK7 ont servi respectivement de témoins. b, les niveaux d'expression relatifs de l'ARNm de MdAREB1.1/1.2 et MdTST1/2 dans les cals de pomme transgéniques, en définissant celui de pMDC83 sur « 1 ». c, Les concentrations en sucre (Fru, fructose ; Glc, glucose ; Suc, saccharose) dans les cals de pomme transgénique. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Différentes lettres indiquent des différences significatives évaluées par ANOVA unidirectionnelle (test de Tukey) (P < 0,05).

Données source

a, Analyse phylogénétique des MdSnRK2 de la pomme et des gènes orthologues de l'Arabidopsis et de la tomate. Les séquences orthologues de SnRK2s ont été collectées pour construire un arbre phylogénétique non enraciné en utilisant la méthode de jointure voisine du logiciel MEGA7, qui était évidemment regroupée en trois sous-classes. Un essai de 1000 essais d'analyse bootstrap a été utilisé pour fournir des estimations fiables de la topologie des arbres phylogénétiques. Les cercles colorés sont des gènes étudiés dans cette recherche. La barre d'échelle correspond à 0,05. b, La carte thermique des niveaux d'expression de MdSnRK2s basée sur l'ARN-seq dans les lignées de pomme surexprimant MdERDL6-1. La différence de pli est désignée comme une valeur log2, avec les données dans WT définies comme 1. c, Les abondances de protéines (protéines quantifiées) de MdSnRK2.1/2.3/2.5 sont extraites de la protéomique quantitative des étiquettes de masse en tandem (TMT) de cinq stades de développement de pommes. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). d, Localisation subcellulaire de la protéine de fusion MdSnRK2.3-GFP dans les protoplastes des feuilles d'Arabidopsis. GFP, protéine fluorescente verte. Le DAPI (4',6-diamidino-2-phénylindole) a été utilisé pour colorer le noyau. Auto, l'autofluorescence rouge des chloroplastes. Barre = 20 µm. Les expériences en (d) ont été répétées indépendamment au moins trois fois, avec des résultats similaires.

Données source

a, b, les tests hybrides de levure ont montré que MdAREB1.1/1.2 et SlAREB1.2 se liaient à leurs propres promoteurs contenant des éléments cis ABRE. Schéma de principe des promoteurs de troncature P1 et P2 avec ou sans éléments cis ABRE, les lignes verticales représentent les éléments cis ABRE (a). Les témoins positifs étaient pAbAi-P53 et pGADT7-53. La concentration de dépistage d'AbA était de 150 ng/mL, 180 ng/mL et 200 ng/mL des promoteurs MdAREB1.1, MdAREB1.2 et SlAREB1.2 respectivement. Chaque colonie a été dissoute dans 5 μL de NaCl stérile puis diluée à 10-1 à 10-3. c, des essais de double luciférase dans des feuilles de tabac (N. benthamiana) ont révélé que MdAREB1.1/1.2 et SlAREB1.2 se lient à leurs propres promoteurs. La gauche correspond aux images de signal à double luciférase et la droite aux tests d'activité à double luciférase. Les promoteurs de 1924 pb et 1937 pb de MdAREB1.1 et MdAREB1.2, le promoteur de 1911 pb de SlAREB1.2 ont été utilisés dans ce test. Les contrôles positifs sont pGreenII 0800-LUC-P53 et pGreenII 62-SK-53. Les expériences ont été répétées indépendamment au moins trois fois, avec des résultats similaires.

a, Les fruits de lignées de tomates transgéniques (lignées de surexpression : OE#2, OE#5 ; lignées de silence : PK7#1, PK7#3). b, c, Les niveaux d'expression relatifs de SlAREB1.2 et SlTST1/2 dans la tomate transgénique mesurés à l'aide de qRT-PCR et normalisés à ceux de SlActin, définissant celui de WT comme « 1 ». d, e, La teneur en solides solubles et les niveaux de glucides dans la maturation des fruits de la tomate transgénique. Gcl, glucose; Fru, fructose; Suc, saccharose. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Les astérisques indiquent des différences significatives telles qu'évaluées par le test t de Student (bilatéral). ***P < 0,001, **P < 0,01, *P < 0,05.

Données source

a, Les Agrobacterium contenant les vecteurs résultants pTRV2-SlAREB1.2 et pTRV1 ont été mélangés en proportions égales, qui ont été utilisés pour l'injection dans deux lignées de tomate surexprimant MdERDL6-1 (OE1-pTRV#SlAREB1.2 et OE2-pTRV#SlAREB1.2 ), avec un mélange pTRV2 et pTRV1 vide pour injection comme témoins (WT, OE-1 et OE-2). Les flèches indiquent les sites d'injection dans les fruits. b, les niveaux d'expression relatifs de l'ARNm de SlAREB1.2 et SlTST1/2 dans les fruits de tomate transgéniques de type sauvage et de fond surexprimés de MdERDL6-1, définissant celui de WT comme « 1 ». c, Les concentrations de sucre (Fru, fructose ; Glc, glucose ; Suc, saccharose) dans les fruits de tomates transgéniques de type sauvage et surexprimés de MdERDL6-1. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Différentes lettres indiquent des différences significatives évaluées par ANOVA unidirectionnelle (test de Tukey) (P < 0,05).

Données source

a, Les Agrobacterium contenant les vecteurs résultants pTRV2-SlSnRK2.3 et pTRV1 ont été mélangés en proportions égales, qui ont été utilisés pour l'injection dans deux lignées de tomate surexprimant MdERDL6-1 (OE1-pTRV#SlSnRK2.3 et OE2-pTRV#SlSnRK2.3 ), avec un mélange pTRV2 et pTRV1 vide pour injection comme témoins (WT, OE-1 et OE-2). Les flèches indiquent les sites d'injection dans les fruits. b, les niveaux d'expression relatifs de l'ARNm de SlSnRK2.3, SlAREB1.2 et SlTST1/2 dans les fruits de tomate transgéniques de type sauvage et MdERDL6-1 surexprimés, définissant celui de WT comme « 1 ». c, Les concentrations de sucre (Fru, fructose ; Glc, glucose ; Suc, saccharose) dans les fruits de tomates transgéniques de type sauvage et surexprimés de MdERDL6-1. Les barres représentent la valeur moyenne ± SD (n = 3 répétitions biologiques indépendantes). Différentes lettres indiquent des différences significatives évaluées par ANOVA unidirectionnelle (test de Tukey) (P < 0,05).

Données source

Fig. supplémentaires. 1–9 et Tableaux 1–6.

Données sources statistiques et western blots non traités.

Données sources statistiques.

Western blots non traités.

Western blots et gels non transformés.

Données sources statistiques.

Données sources statistiques et western blots non traités.

Données sources statistiques.

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Réimpressions et autorisations

Zhu, L., Li, Y., Wang, C. et al. La cascade SnRK2.3-AREB1-TST1/2 activée par le glucose cytosolique régule l'accumulation de sucre dans les tonoplastes de la pomme et de la tomate. Nat. Plantes (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01443-8

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Reçu : 09 décembre 2022

Accepté : 12 mai 2023

Publié: 08 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41477-023-01443-8

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