Identificación a nivel de pangenoma, análisis evolutivo de la familia de genes ZmPLD de maíz y validación funcional de ZmPLD15 en la tolerancia al estrés por frío
Autores: Li, Si-Nan; Li, Yun-Long; Sun, Ming-Hao; Sun, Yan; Li, Xin; Cai, Quan; Wang, Yunpeng; Zhang, Jian-Guo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Genes
Maíz
Familia PLD
Mecanismo de tolerancia al frío
Análisis filogenético
Plantas transgénicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
los genes juegan papeles clave en las respuestas de las plantas al estrés abiótico, pero la identificación sistemática de la familia PLD de maíz y su mecanismo de tolerancia al frío siguen siendo poco claros. Utilizando 26 genomas de maíz (pangenoma), identificamos 21 miembros de ZmPLD a través de la búsqueda del Modelo Oculto de Markov (HMM) (dominio Pfam PF00614), incluyendo cinco genes privados que evitan la omisión de genes de genomas de referencia únicos. El análisis filogenético mostró la conservación de ZmPLD con los PLDs de Arabidopsis y arroz; el análisis Ka/Ks reveló que la mayoría estaba bajo selección purificadora, mientras que tres genes (incluyendo ) tenían señales de selección positiva, sugiriendo roles en la domesticación adaptativa del maíz. Para , se encontraron cinco variaciones estructurales compartidas (SVs) en su promotor; algunas contenían sitios de unión ERF/bHLH, y las SVs en la Región1/5 regularon significativamente la expresión. La predicción de la estructura de proteínas y el acoplamiento molecular mostraron una estructura conservada de ZmPLD15 y energía de unión del sustrato (1,2-diacilo-sn-glicero-3-fosfocolina) a través de los germoplasmas. Se generó maíz transgénico (fondo B73) que sobreexpresa ZmPLD15. El estrés por frío (8-10 grados C, 6 h) y la recuperación (24 h) en plántulas de tres hojas mostraron que las plantas transgénicas tenían mejor integridad celular foliar que el tipo silvestre (WT). Las plantas transgénicas retuvieron un 45.8% de la tasa fotosintética neta (Pn), un 47.9% de conductancia estomática (Gs) y un 55.8% de la tasa de transpiración (Tr) frente al 7.6%, 21.3%, 13.8% en WT; la concentración de CO intracelular (Ci) se mantuvo adecuadamente. Esto confirma que ZmPLD15 mejora la tolerancia al frío del maíz al proteger los sistemas fotosintéticos, proporcionando un marco para la investigación y un gen clave para la mejora del maíz tolerante al frío.
Descripción
los genes juegan papeles clave en las respuestas de las plantas al estrés abiótico, pero la identificación sistemática de la familia PLD de maíz y su mecanismo de tolerancia al frío siguen siendo poco claros. Utilizando 26 genomas de maíz (pangenoma), identificamos 21 miembros de ZmPLD a través de la búsqueda del Modelo Oculto de Markov (HMM) (dominio Pfam PF00614), incluyendo cinco genes privados que evitan la omisión de genes de genomas de referencia únicos. El análisis filogenético mostró la conservación de ZmPLD con los PLDs de Arabidopsis y arroz; el análisis Ka/Ks reveló que la mayoría estaba bajo selección purificadora, mientras que tres genes (incluyendo ) tenían señales de selección positiva, sugiriendo roles en la domesticación adaptativa del maíz. Para , se encontraron cinco variaciones estructurales compartidas (SVs) en su promotor; algunas contenían sitios de unión ERF/bHLH, y las SVs en la Región1/5 regularon significativamente la expresión. La predicción de la estructura de proteínas y el acoplamiento molecular mostraron una estructura conservada de ZmPLD15 y energía de unión del sustrato (1,2-diacilo-sn-glicero-3-fosfocolina) a través de los germoplasmas. Se generó maíz transgénico (fondo B73) que sobreexpresa ZmPLD15. El estrés por frío (8-10 grados C, 6 h) y la recuperación (24 h) en plántulas de tres hojas mostraron que las plantas transgénicas tenían mejor integridad celular foliar que el tipo silvestre (WT). Las plantas transgénicas retuvieron un 45.8% de la tasa fotosintética neta (Pn), un 47.9% de conductancia estomática (Gs) y un 55.8% de la tasa de transpiración (Tr) frente al 7.6%, 21.3%, 13.8% en WT; la concentración de CO intracelular (Ci) se mantuvo adecuadamente. Esto confirma que ZmPLD15 mejora la tolerancia al frío del maíz al proteger los sistemas fotosintéticos, proporcionando un marco para la investigación y un gen clave para la mejora del maíz tolerante al frío.