The interplay between miR156/SPL13 and DFR/WD40–1 regulate drought tolerance in alfalfa

生物 基因沉默 转录因子 耐旱性 苜蓿 基因 拟南芥 发起人 细胞生物学 基因表达 植物 生物化学 突变体
作者
Biruk A. Feyissa,Muhammad Arshad,Margaret Gruber,Susanne E. Kohalmi,Abdelali Hannoufa
出处
期刊:BMC Plant Biology [BioMed Central]
卷期号:19 (1) 被引量:105
标识
DOI:10.1186/s12870-019-2059-5
摘要

Developing Medicago sativa L. (alfalfa) cultivars tolerant to drought is critical for the crop's sustainable production. miR156 regulates various plant biological functions by silencing SQUAMOSA-PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE (SPL) transcription factors.To understand the mechanism of miR156-modulated drought stress tolerance in alfalfa we used genotypes with altered expression levels of miR156, miR156-regulated SPL13, and DIHYDROFLAVONOL-4-REDUCTASE (DFR) regulating WD40-1. Previously we reported the involvement of miR156 in drought tolerance, but the mechanism and downstream genes involved in this process were not fully studied. Here we illustrate the interplay between miR156/SPL13 and WD40-1/DFR to regulate drought stress by coordinating gene expression with metabolite and physiological strategies. Low to moderate levels of miR156 overexpression suppressed SPL13 and increased WD40-1 to fine-tune DFR expression for enhanced anthocyanin biosynthesis. This, in combination with other accumulated stress mitigating metabolites and physiological responses, improved drought tolerance. We also demonstrated that SPL13 binds in vivo to the DFR promoter to regulate its expression.Taken together, our results reveal that moderate relative miR156 transcript levels are sufficient to enhance drought resilience in alfalfa by silencing SPL13 and increasing WD40-1 expression, whereas higher miR156 overexpression results in drought susceptibility.

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