GhRCD1 promotes cotton tolerance to cadmium by regulating the GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 transcriptional cascade

生物 植物修复 种质资源 细胞生物学 拟南芥 转基因 转基因作物 重金属 生物技术 突变体 植物 遗传学 污染 基因 环境化学 生态学 化学 有机化学
作者
Wei Xi,Menghan Geng,Jiachen Yuan,Jingjing Zhan,Lisen Liu,Yanli Chen,Ye Wang,Wenqiang Qin,Hongying Duan,Hang Zhao,Fuguang Li,Xiaoyang Ge
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1111/pbi.14301
摘要

Summary Heavy metal pollution poses a significant risk to human health and wreaks havoc on agricultural productivity. Phytoremediation, a plant‐based, environmentally benign, and cost‐effective method, is employed to remove heavy metals from contaminated soil, particularly in agricultural or heavy metal‐sensitive lands. However, the phytoremediation capacity of various plant species and germplasm resources display significant genetic diversity, and the mechanisms underlying these differences remain hitherto obscure. Given its potential benefits, genetic improvement of plants is essential for enhancing their uptake of heavy metals, tolerance to harmful levels, as well as overall growth and development in contaminated soil. In this study, we uncover a molecular cascade that regulates cadmium (Cd 2+ ) tolerance in cotton, involving GhRCD1, GhbHLH12, GhMYB44, and GhHMA1. We identified a Cd 2+ ‐sensitive cotton T‐DNA insertion mutant with disrupted GhRCD1 expression. Genetic knockout of GhRCD1 by CRISPR/Cas9 technology resulted in reduced Cd 2+ tolerance in cotton seedlings, while GhRCD1 overexpression enhanced Cd 2+ tolerance. Through molecular interaction studies, we demonstrated that, in response to Cd 2+ presence, GhRCD1 directly interacts with GhbHLH12. This interaction activates GhMYB44, which subsequently activates a heavy metal transporter, GhHMA1 , by directly binding to a G‐box cis ‐element in its promoter. These findings provide critical insights into a novel GhRCD1–GhbHLH12–GhMYB44–GhHMA1 regulatory module responsible for Cd 2+ tolerance in cotton. Furthermore, our study paves the way for the development of elite Cd 2+ ‐tolerant cultivars by elucidating the molecular mechanisms governing the genetic control of Cd 2+ tolerance in cotton.
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