Allelic variation in transcription factor PtoWRKY68 contributes to drought tolerance in Populus
Yuanyuan FangDan WangLiang XiaoMingyang QuanWeina QiFangyuan SongJiaxuan ZhouXin LiuShitong QinQingzhang DuQing LiuYousry A. El‐KassabyDeqiang Zhang
11
Citation
88
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Drought stress limits woody species productivity and influences tree distribution. However, dissecting the molecular mechanisms that underpin drought responses in forest trees can be challenging due to trait complexity. Here, using a panel of 300 Chinese white poplar (Populus tomentosa) accessions collected from different geographical climatic regions in China, we performed a genome-wide association study (GWAS) on seven drought-related traits and identified PtoWRKY68 as a candidate gene involved in the response to drought stress. A 12-bp insertion and/or deletion and three nonsynonymous variants in the PtoWRKY68 coding sequence categorized natural populations of P. tomentosa into two haplotype groups, PtoWRKY68hap1 and PtoWRKY68hap2. The allelic variation in these two PtoWRKY68 haplotypes conferred differential transcriptional regulatory activities and binding to the promoters of downstream abscisic acid (ABA) efflux and signaling genes. Overexpression of PtoWRKY68hap1 and PtoWRKY68hap2 in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) ameliorated the drought tolerance of two transgenic lines and increased ABA content by 42.7% and 14.3% compared to wild-type plants, respectively. Notably, PtoWRKY68hap1 (associated with drought tolerance) is ubiquitous in accessions in water-deficient environments, whereas the drought-sensitive allele PtoWRKY68hap2 is widely distributed in well-watered regions, consistent with the trends in local precipitation, suggesting that these alleles correspond to geographical adaptation in Populus. Moreover, quantitative trait loci analysis and an electrophoretic mobility shift assay showed that SHORT VEGETATIVE PHASE (PtoSVP.3) positively regulates the expression of PtoWRKY68 under drought stress. We propose a drought tolerance regulatory module in which PtoWRKY68 modulates ABA signaling and accumulation, providing insight into the genetic basis of drought tolerance in trees. Our findings will facilitate molecular breeding to improve the drought tolerance of forest trees.Keywords:
Drought Tolerance
Nonsynonymous substitution
Populus euphratica
Local adaptation
Populus euphratica
Cite
Citations (7)
مقایسه رشد دو گونه صنوبر (Populus alba و Populus euphratica) و هیبرید بین آنها در عرصه شور و غیر شور
درختان صنوبر کبوده (Populus alba) و پده (P. euphratica) از گونه‌های بومی کشور می‌باشند. صنوبر کبوده به لحاظ سازگاری و تولید چوب و فرم کیفی تنه وگونه صنوبر پده نیز به‌دلیل مقاومت به شرایط اقلیمی گرم و خشک و شوری خاک از پتانسیل مناسبی جهت زراعت چوب برخوردارند. هدف این تحقیق ارزیابی رشد چهار کلن صنوبر (P. alba 58.57, P. alba 44.9, P. euphratica و هیبرید P. euphratica x P. alba 44/9) درعرصه-های شور ایستگاه گرمسار و ایستگاه غیر شور کرج بوده است. کلن‌های صنوبر در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار کاشته شدند. ویژگی‌های رویشی نهال‌ها و ویژگی‌های فیزیولوژیک برگ بر اساس روش‌های استاندارد اندازه گیری شد. نتایج تجزیه واریانس ویژگی‌های رویشی نشان داد که کلن‌های صنوبر به‌لحاظ صفات رویشی تفاوت معنی‌داری داشته‌اند. بیشترین درصد زنده‌مانی، قطر و ارتفاع در ایستگاه گرمسار مربوط به دو کلن پده و هیبرید آن بود. در ایستگاه کرج به غیر از گونه پده سایر کلنها 100 درصد زنده‌مانی داشتند. کلن هیبرید نیز از قطر و ارتفاع بیشتری نسبت به سایر کلنها بر خوردار بود. کمترین مقدار سطح برگ مربوط به کلن‌های کبوده در ایستگاه گرمسار بود. تجزیه واریانس ویژگی‌های فیزیولوژیک برگ نشان داد که کلن‌های صنوبر به‌لحاظ مقدار کلروفیل و کاروتنوئید تفاوت معنی‌داری را در ایستگاه‌های گرمسار و کرج داشتند. مقدار پرولین، قند و آب نسبی در کلن‌های پده و هیبرید در ایستگاه شور بیشتر از کلن‌های کبوده بود. در نهایت کلن‌های پده و هیبرید تحمل بالایی نسبت به تنش شوری داشته و می‌توانند در عرصه خاک شور رشد مناسبی داشته‌باشند.
Populus euphratica
Cite
Citations (0)
在中亚的干旱区域的河边的植被带被危及由于加强的陆地使用失去他们的生态系统服务。为持续陆地使用的发展，在与资源供应的关系的植物性能的管理知识被需要。我们估计生产率在 Populus euphratica Oliv 的产地的边联系了功能的特点。特定的叶区域(SLA ) 和碳 / 氮(C/N ) P 的比率。成长的 euphratica 叶子在 Xinjiang 在埃比纳·莱克公民自然保护区接近一条以前的河岸和结束到动人的沙沙丘，西北中国(近的哈萨克斯坦)是 CO2 网吸收( P N )的坚定、每日的功课，蒸发(E)，并且二个连续季节的有气孔的传导力( gs )在 JulyAugust 2007 和 JuneJuly 2008 期间被测量。地下水水平全部是高度(在地面下面的 1.52.5 m ) 年，没有泛滥发生在二个树看台。SLA 比在以前的河岸在沙漠附近是稍微更低的，叶子在与 C 的关系包含了更少的 N。P 的最高的 E 和 gs。在尽管有，看台和第二低最大值上的中午发生在下午以前， euphratica 在早上被到达到叶水蒸汽压力赤字(ALVPD ) 的空气的未改变的高水平。在 P gs 衰退。euphratica 被 E 的减少跟随。沙漠附近的叶子的水使用效率(WUE ) 在早上和晚上是更高的，与从维持了在整个日子的几乎稳定的水平的以前的河岸的叶子相对照。高轻的赔偿点和 P N 的高轻的浸透层次在两个看台显示了对集中的照耀改编得好的叶子的特征。一般来说， P 离开。euphratica 减少了他们在 20 Pa/kPa ALVPD 以外的 gs 以便限制水损失。E 的减少没发生在两个看台直到 40 Pa/kPa ALVPD 被到达。P 的完整的有气孔的闭合。euphratica 在两个看台在 60 Pa/kPa ALVPD 被完成。通过叶表面的 E 总计了直到 30% 最高的 E 率，显示水上的依赖尽管有，从地面再装显然关上的 stomata。约 30 的不同的叶表面温度(Tleaf ) 阀值 ? 湩禐 ? 禐？？
Populus euphratica
Cite
Citations (0)
روش آزمایشگاهی نجات جنین به هدف جلوگیری از سقط جنین و تولید گیاه دو رگ، بین صنوبر کبوده و پده به صورت دوطرفه مورد استفاده قرار گرفت. تخمک و تخمدانهای تکامل یافته صنوبر کبوده پس از گرده افشانی به شیوه پیوند شاخه های گلدار بر روی نهال ها یکساله و روش ترکه و آب جدا شدند. روش مشابه در مورد گرده افشانی شاخه های گلدار صنوبر پده با دانه های گرده صنوبر کبوده به هدف تلاقی معکوس انجام شد. تخمک و تخمدان جدا شده از هر دو نوع تلاقی جهت جوانه زنی جنین به درون محیط کشت MS جامد با غلظت نصف عناصر ماکرو و میکرو فاقد هورمونهای رشد انتقال داده شدند. تخمدان و تخمک 14 روزه صنوبر کبوده به عنوان پایه مادری در دورگ گیری Populus alba L.×P. euphratica OLIV. بیشترین گیاهچه را تولید نمودند. در حالی که تخمدان و تخمک صنوبر پده به عنوان پایه مادری در دورگ Populus alba L.×P. euphratica OLIV. برای جوانه زنی و تولید گیاه دورگ به جنین های با بیش از 45 روز سن نیاز داشتند. از هر تخمدان کاشته شده حداکثر دو تا سه گیاهچه از هر دو والد مادری بدست آمد و بیش از 90% تخمکهای کبوده (والد مادری در تلاقی Populus alba L.×P. euphratica OLIV.) و تخمکهای پده (والد مادری در تلاقی مشابه) تولید گیاه نمود، در صورتی که بازده تولید گیاه از کشت تخمدانهای متلاقی صنوبر کبوده 70% و برای صنوبر پده 67% برآورد شده است. گیاهچه های بدست آمده قبل از انتقال به گلدان به درون شیشه های به اندازه شیشه مربای معمولی حاوی محیط کشت مشابه قبل، کشت شدند. 75 عدد گیاه بدست آمده از تلاقی Populus alba L.×P. euphratica Oliv. و 26 عدد گیاه حاصل از P. euphratic OLIV.×Populus alba L. پس از انجام موفق مرحله سازگاری تدریجی به گلخانه و سپس به مزرعه انتقال یافتند.
Populus euphratica
Cite
Citations (0)
植物水潜力的测量被认为是在现在的灌溉系统证实灌溉时间的一条直接途径。在这当前的研究，在 Junggar 盆(中亚) 的二躲蔽处森林种， Populus euphratica 和 P。Russkii Jabl，被学习。我们在不同灌溉条件下面监视了叶水潜力(l) ，茎水潜力(s) 和土壤水潜力(土壤) 。在叶和 P 的茎水潜力(l 和 s ) 的变化的特征。euphratica 和 P。叶上的土壤水潜力(土壤) 和在不同灌溉条件下面的茎水潜力(l 和 s ) 的 Russkii Jabl，以及影响被讨论。我们的结果显示出下列。(1 ) 与增加的灌溉， P 上的干旱应力的紧张。euphratica 和 P。Russkii Jabl 减少了。(2 ) 经历的干旱应力的紧张是为 P 的更少。Russkii Jabl 比为 P。在一样的灌溉条件下面的 euphratica。(3 ) 越多强烈干旱， P 越不敏感。Russkii Jabl，而是更多敏感是 P。euphratica，并且反过来也如此。(4 ) 为 P。在 60 厘米深度的土壤水潜力(土壤) 比在 30 和 90 厘米深度更强烈在灌溉回答了到变化的 euphratica 社区。为 P。在浅表面层的土壤水潜力(土壤) 在深层比那更强烈回答了到灌溉变化的 Russkii Jabl 社区。(5 ) 万一相对足够的土壤流水，植物的黎明前的茎水潜力(pds ) 是反映土壤水潜力(土壤) 的合理指示物。(6 ) P 的水需求。euphratica 和 P。Russkii Jabl 躲蔽处森林能受到不同灌溉政策：为 P 的大体积和更少频率。euphratica 但是为 P 的小体积和更多频率。Russkii Jabl。
Populus euphratica
Cite
Citations (0)
Taking the Populus euphratica distributed in the lower reaches of Tarim River as an study sample, the relationship between proline content of Populus euphratica and different groundwater levels is particularly analysed at Yinsu and Aragan sectiones in this paper. The result shows that the relationship between proline content of Populus euphratica and different groundwater level at Yinsu section is consistent with that at Aragan section, namely while groundwater level drops, the proline content of Populus euphratica will increase; maybe two factors bring about the result. One is that there is positive relativity between proline content and degree of water stress. The other is that groundwater is most pivotal water source for growth of Populus euphratica at lower reaches of Tarim River. The result also shows that there is difference in increased extent of proline content of Populus euphratica under different ground water levels condition. Proline content in Populus euphratica body will accumulate along with aggravation of drought stress, which is feedback for Populus euphratica to adapt to drought adversity and is manner for Populus euphratica to resist drought and maintain itself normal life activity. Accumulation of praline is in favor of resist drought ability of Populus euphratica when it suffers drought stress. The conclusion shows that growth of Populus euphratica already has suffered water stress at lower reaches of Tarim Rive.
Populus euphratica
Tarim river
Drought stress
Cite
Citations (4)
To study the water uptake by Populus euphratica root is of significance for the maintenance and regeneration of P. euphratica and other plants in extremely arid region. Based on the measurements at Ejina Banner,Inner Mongolia of North China,the root system distribution of P. euphratica and the soil moisture content in P. euphratica root zone were analyzed,and a two-dimensional model of P. euphratica root water uptake was built. The mean relative error value between measured and simulated values was 9.02%,and the maximum relative error value was 17.84%,suggesting that the built model better reflected the water uptake by P. euphratica root,being available in further studying the SPAC of P. euphratica.
Populus euphratica
Inner mongolia
Desert climate
Cite
Citations (0)
Populus euphratica
Riparian forest
Specific leaf area
Tamarix
Cite
Citations (1)
Populus euphratica Oliv. is of high salinity tolerance and used as a model species for investigating molecular mechanisms of trees' responses to salt stress. In the work presented here we found that calli of P. euphratica grew more rapidly and accumulated less Na+, but more K+, under salt stress than those of salt-sensitive poplar, Populus hopeiensis. Different types of Na+/H+ antiporters (SOS1, NhaD1 and NHX1) were isolated from P. euphratica; all of these genes have been shown to play important roles in plant salt tolerance mechanism in previous studies. Expression profiles of these three genes were compared between P. hopeiensis and P. euphratica in the presence and absence of salt stress by real-time PCR. The three genes were induced in both P. euphratica and P. hopeiensis by salt. Transcript levels of PeNHX1 were lower in P. euphratica than in P. hopeiensis under 150 mM NaCl stress. In addition, transcript levels of PeNhaD1 were lower, while PeSOS1 were higher in P. euphratica than in P. hopeiensis under both stressed and unstressed conditions. The results indicated that P. euphratica up-regulates different genes and consistently maintains both effluxes of Na+ and high K+ levels. Our data suggests that differences in gene expression patterns may contribute to the dif-ference in salt tolerance between these two poplars.
Populus euphratica
Cite
Citations (0)