The Myb73-GDPD2-GA2ox1 transcriptional regulatory module confers phosphate deficiency tolerance in soybean

生物 数量性状位点 磷酸盐 耐旱性 基因 突变体 赤霉素 生物化学 遗传学 植物
作者
Dandan Hu,Ruifang Cui,Ke Wang,Yuming Yang,Ruiyang Wang,H.S. Zhu,M. He,Yukun Fan,Le Wang,Li Wang,Shanshan Chu,jinyu zhang,Shanshan Zhang,Yifei Yang,Xuhao Zhai,Haiyan Lv,Dandan Zhang,Jinshe Wang,Fanjiang Kong,Deyue Yu,Hengyou Zhang,Dan Zhang
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
被引量:2
标识
DOI:10.1093/plcell/koae041
摘要

Abstract Phosphorus is indispensable in agricultural production. An increasing food supply requires more efficient use of phosphate due to limited phosphate resources. However, how crops regulate phosphate efficiency remains largely unknown. Here, we identified a major quantitative trait locus, qPE19, that controls seven low-phosphate (LP)-related traits in soybean (Glycine max) through linkage mapping and genome-wide association studies. We identified the gene responsible for qPE19 as GLYCEROPHOSPHORYL DIESTER PHOSPHODIESTERASE2 (GmGDPD2), and haplotype 5 represents the optimal allele favoring LP tolerance. Overexpression of GmGDPD2 significantly affects hormone signaling and improves root architecture, phosphate efficiency and yield-related traits; conversely, CRISPR/Cas9-edited plants show decreases in these traits. GmMyb73 negatively regulates GmGDPD2 by directly binding to its promoter, thus GmMyb73 negatively regulates LP tolerance. GmGDPD2 physically interacts with GA 2-oxidase 1 (GmGA2ox1) in the plasma membrane, and overexpressing GmGA2ox1 enhances LP-associated traits, similar to GmGDPD2 overexpression. Analysis of double mutants for GmGDPD2 and GmGA2ox1 demonstrated that GmGDPD2 regulates LP tolerance likely by influencing auxin and gibberellin dose-associated cell division in root. These results reveal a regulatory module that plays a major role in regulating LP tolerance in soybean and is expected to be utilized to develop phosphate-efficient varieties to enhance soybean production, particularly in phosphate-deficient soils.
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