The Arabidopsis UDP‐glycosyltransferases UGT79B2 and UGT79B3, contribute to cold, salt and drought stress tolerance via modulating anthocyanin accumulation

花青素 拟南芥 非生物胁迫 突变体 氰化物 糖基转移酶 异位表达 非生物成分 生物化学 化学 生物 基因 细胞生物学 植物 古生物学
作者
Pan Li,Yanjie Li,Fengju Zhang,Guizhi Zhang,Xiaoyi Jiang,Huimin Yu,Bing‐Kai Hou
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:89 (1): 85-103 被引量:393
标识
DOI:10.1111/tpj.13324
摘要

The plant family 1 UDP-glycosyltransferases (UGTs) are the biggest GT family in plants, which are responsible for transferring sugar moieties onto a variety of small molecules, and control many metabolic processes; however, their physiological significance in planta is largely unknown. Here, we revealed that two Arabidopsis glycosyltransferase genes, UGT79B2 and UGT79B3, could be strongly induced by various abiotic stresses, including cold, salt and drought stresses. Overexpression of UGT79B2/B3 significantly enhanced plant tolerance to low temperatures as well as drought and salt stresses, whereas the ugt79b2/b3 double mutants generated by RNAi (RNA interference) and CRISPR-Cas9 strategies were more susceptible to adverse conditions. Interestingly, the expression of UGT79B2 and UGT79B3 is directly controlled by CBF1 (CRT/DRE-binding factor 1, also named DREB1B) in response to low temperatures. Furthermore, we identified the enzyme activities of UGT79B2/B3 in adding UDP-rhamnose to cyanidin and cyanidin 3-O-glucoside. Ectopic expression of UGT79B2/B3 significantly increased the anthocyanin accumulation, and enhanced the antioxidant activity in coping with abiotic stresses, whereas the ugt79b2/b3 double mutants showed reduced anthocyanin levels. When overexpressing UGT79B2/B3 in tt18 (transparent testa 18), a mutant that cannot synthesize anthocyanins, both genes fail to improve plant adaptation to stress. Taken together, we demonstrate that UGT79B2 and UGT79B3, identified as anthocyanin rhamnosyltransferases, are regulated by CBF1 and confer abiotic stress tolerance via modulating anthocyanin accumulation.
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