GmTDN1 improves wheat yields by inducing dual tolerance to both drought and low‐N stress

耐旱性 生物 农学 转基因作物 灌溉 粮食安全 农业 光合作用 转基因 基因 植物 生态学 生物化学
作者
Yongbin Zhou,Jun Liu,Jinkao Guo,Yanxia Wang,Hutai Ji,Xiusheng Chu,Kai Xiao,Xueli Qi,Lin Hu,Hui Li,Mengyun Hu,Wensi Tang,Jiji Yan,Huishu Yan,Xinxuan Bai,Linhao Ge,Mingjie Lyu,Jun Chen,Zhao‐Shi Xu,Ming Chen
出处
期刊:Plant Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:20 (8): 1606-1621 被引量:24
标识
DOI:10.1111/pbi.13836
摘要

Genetically enhancing drought tolerance and nutrient use efficacy enables sustainable and stable wheat production in drought-prone areas exposed to water shortages and low soil fertility, due to global warming and declining natural resources. In this study, wheat plants, exhibiting improved drought tolerance and N-use efficacy, were developed by introducing GmTDN1, a gene encoding a DREB-like transcription factor, into two modern winter wheat varieties, cv Shi4185 and Jimai22. Overexpressing GmTDN1 in wheat resulted in significantly improved drought and low-N tolerance under drought and N-deficient conditions in the greenhouse. Field trials conducted at three different locations over a period of 2-3 consecutive years showed that both Shi4185 and Jimai22 GmTDN1 transgenic lines were agronomically superior to wild-type plants, and produced significantly higher yields under both drought and N-deficient conditions. No yield penalties were observed in these transgenic lines under normal well irrigation conditions. Overexpressing GmTDN1 enhanced photosynthetic and osmotic adjustment capacity, antioxidant metabolism, and root mass of wheat plants, compared to those of wild-type plants, by orchestrating the expression of a set of drought stress-related genes as well as the nitrate transporter, NRT2.5. Furthermore, transgenic wheat with overexpressed NRT2.5 can improve drought tolerance and nitrogen (N) absorption, suggesting that improving N absorption in GmTDN1 transgenic wheat may contribute to drought tolerance. These findings may lead to the development of new methodologies with the capacity to simultaneously improve drought tolerance and N-use efficacy in cereal crops to ensure sustainable agriculture and global food security.

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