Lipidomic and transcriptomic analyses reveal that the gene ZmLACS9 enhances salt stress tolerance by regulating chloroplast lipid metabolism and maintaining photosynthetic performance in maize.

چکیده اصلی

Salt stress is a major environmental factor limiting crop growth and productivity. We found a long-chain acyl-CoA synthetase (LACS) gene ZmLACS9 that was associated with salt tolerance traits in maize (Zea mays). Mutation of ZmLACS9 impaired plant growth, while overexpression of ZmLACS9 improved plant growth vigour under salt stress conditions. Metabolome and transcriptome analyses indicated that ZmLACS9 may regulate the expression of lipid trafficking-related genes, thereby influencing the concentrations of galactolipids and phospholipid in the photosynthetic membrane under salt stress. Under salt stress conditions, ultrastructural observation and chlorophyll fluorescence parameters showed that the mutation of ZmLACS9 led to significant impairment of the number of thylakoid layer structures and PSII activity, while overexpression of ZmLACS9 markedly improved the number of chloroplast thylakoid grana lamella and PSII activity. Furthermore, yeast one-hybrid and LUC transient expression assays found that ZmWRKY17 could bind to the promoter of ZmLACS9. Collectively, our study provides candidate genes for breeding maize varieties with higher stress resistance.

ترجمه فارسی چکیده

استرس نمک یک عامل محیطی مهم است که رشد و بهره‌وری محصولات کشاورزی را محدود می‌کند. ما یک ژن سنتاز کوآرایل‌کمپلکس طول‌زنجیره‌ای (LACS) به نام ZmLACS9 را در ذرت (Zea mays) شناسایی کردیم که با ویژگی‌های تحمل به نمک مرتبط است. جهش ZmLACS9 رشد گیاه را مختل کرد، در حالی که بیش‌برازش (overexpression) این ژن در شرایط استرس نمک، سلامت عمومی گیاه را بهبود داد. تحلیل‌های متابولوم و ترنسکریپتوم نشان دادند که ZmLACS9 ممکن است بیان ژن‌های مرتبط با حمل‌ونقل لیپید را تنظیم کند و در نتیجه غلظت‌های گالاکتولیپید و فسفولیپید در غشای فتوسنتزی را تحت استرس نمک تحت تأثیر قرار دهد. تحت شرایط استرس نمک، مشاهده ساختارهای میکروسکوپی و پارامترهای فلورسانس کلروفیل نشان داد که جهش ZmLACS9 منجر به آسیب قابل توجه به تعداد ساختارهای لایه تیلاکوئید و فعالیت PSII شد، در حالی که بیش‌برازش ZmLACS9 تعداد لاملا‌های گرانی (grana lamella) تیلاکوئید کلروپلاست و فعالیت PSII را به طور چشمگیری بهبود داد. علاوه بر این، آزمون‌های یک‌هیبرید مخمر و بیان موقت LUC نشان دادند که ZmWRKY17 می‌تواند به پروموتر ZmLACS9 بپیوندد. در مجموع، مطالعه ما ژن‌های پیشنهادی برای breeding ذرت‌های با مقاومت استرس بالاتر ارائه می‌دهد.

متن کامل اصلی