Transcription Factors in Abiotic Stress Responses: Their Potentials in Crop Improvement

Hoang, Xuan Lan Thi; Thư, Nguyễn Bình Anh; Thảo, Nguyễn Phương; Tran, Lam‐Son Phan

doi:10.1007/978-1-4614-8824-8_14

Cited by 15 publications

(12 citation statements)

References 219 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Thus, they are interesting targets for crop genetic engineering and breeding (Licausi et al, 2013 ; Bhatia and Bosch, 2014 ). Numerous TFs belonging to this superfamily have been characterized in various plant species and their potential biotechnological applications in crop improvement has focused primarily on biotic and abiotic stress tolerance (Xu et al, 2011 ; Licausi et al, 2013 ; Hoang et al, 2014 ). However, less effort has been made to utilize this potential for genetic improvement of bioenergy feedstocks such as switchgrass (Bhatia and Bosch, 2014 ).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Identification and Molecular Characterization of the Switchgrass AP2/ERF Transcription Factor Superfamily, and Overexpression of PvERF001 for Improvement of Biomass Characteristics for Biofuel

Wuddineh

Mazarei

Turner

et al. 2015

Front. Bioeng. Biotechnol.

View full text Add to dashboard Cite

The APETALA2/ethylene response factor (AP2/ERF) superfamily of transcription factors (TFs) plays essential roles in the regulation of various growth and developmental programs including stress responses. Members of these TFs in other plant species have been implicated to play a role in the regulation of cell wall biosynthesis. Here, we identified a total of 207 AP2/ERF TF genes in the switchgrass genome and grouped into four gene families comprised of 25 AP2-, 121 ERF-, 55 DREB (dehydration responsive element binding)-, and 5 RAV (related to API3/VP) genes, as well as a singleton gene not fitting any of the above families. The ERF and DREB subfamilies comprised seven and four distinct groups, respectively. Analysis of exon/intron structures of switchgrass AP2/ERF genes showed high diversity in the distribution of introns in AP2 genes versus a single or no intron in most genes in the ERF and RAV families. The majority of the subfamilies or groups within it were characterized by the presence of one or more specific conserved protein motifs. In silico functional analysis revealed that many genes in these families might be associated with the regulation of responses to environmental stimuli via transcriptional regulation of the response genes. Moreover, these genes had diverse endogenous expression patterns in switchgrass during seed germination, vegetative growth, flower development, and seed formation. Interestingly, several members of the ERF and DREB families were found to be highly expressed in plant tissues where active lignification occurs. These results provide vital resources to select candidate genes to potentially impart tolerance to environmental stress as well as reduced recalcitrance. Overexpression of one of the ERF genes (PvERF001) in switchgrass was associated with increased biomass yield and sugar release efficiency in transgenic lines, exemplifying the potential of these TFs in the development of lignocellulosic feedstocks with improved biomass characteristics for biofuels.

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Identification and Molecular Characterization of the Switchgrass AP2/ERF Transcription Factor Superfamily, and Overexpression of PvERF001 for Improvement of Biomass Characteristics for Biofuel

Wuddineh

Mazarei

Turner

et al. 2015

Front. Bioeng. Biotechnol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Functional analyses of TaNAC29 [50], ZmSNAC1 [51], AhNAC2 [91] and OsNAC52 [92] in Arabidopsis also revealed that these TFs act as positive regulators for plant responses to dehydration or drought in the ABAdependent signaling pathway. It is suggested that this ABA-responsive feature of the examined It is known that both ABA-dependent and ABA-independent pathways play vital roles in mediating plant responses to adverse environmental conditions [76]. NAC TFs have been found to be involved in both pathways in relation to plant drought responses, suggesting their diverse actions in drought tolerance [88,89].…”

Section: Gmnac019-transgenic Plants Were More Sensitive To Abamentioning

confidence: 96%

“…Under the shortage of water availability, oxidative stress is triggered as a secondary stress in plants due to the accumulation of intracellular ROS [76,77]. Therefore, evaluation of the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) contents (i.e., one of commonly accumulated ROS) and activities of key antioxidant enzymes are considered important in estimating the drought-induced oxidative stress levels and plant resistance capacities [50,61,69].…”

Section: Gmnac019-transgenic Plants Exhibited Decreased Drought-inducmentioning

confidence: 99%

“…The ABA hypersensitivity observed in the GmNAC019-transgenic lines indicates that GmNAC019 participates in regulation of plant response to drought in an ABA-dependent manner. It is known that both ABA-dependent and ABA-independent pathways play vital roles in mediating plant responses to adverse environmental conditions [76]. NAC TFs have been found to be involved in both pathways in relation to plant drought responses, suggesting their diverse actions in drought tolerance [88,89].…”

Section: Gmnac019-transgenic Plants Were More Sensitive To Abamentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

The Soybean GmNAC019 Transcription Factor Mediates Drought Tolerance in Arabidopsis in an Abscisic Acid-Dependent Manner

Hoang

Nguyen

et al. 2019

IJMS

View full text Add to dashboard Cite

Being master regulators of gene expression, transcription factors (TFs) play important roles in determining plant growth, development and reproduction. To date, many TFs have been shown to positively mediate plant responses to environmental stresses. In the current study, the biological functions of a stress-responsive NAC [NAM (No Apical Meristem), ATAF1/2 (Arabidopsis Transcription Activation Factor1/2), CUC2 (Cup-shaped Cotyledon2)]-TF encoding gene isolated from soybean (GmNAC019) in relation to plant drought tolerance and abscisic acid (ABA) responses were investigated. By using a heterologous transgenic system, we revealed that transgenic Arabidopsis plants constitutively expressing the GmNAC019 gene exhibited higher survival rates in a soil-drying assay, which was associated with lower water loss rate in detached leaves, lower cellular hydrogen peroxide content and stronger antioxidant defense under water-stressed conditions. Additionally, the exogenous treatment of transgenic plants with ABA showed their hypersensitivity to this phytohormone, exhibiting lower rates of seed germination and green cotyledons. Taken together, these findings demonstrated that GmNAC019 functions as a positive regulator of ABA-mediated plant response to drought, and thus, it has potential utility for improving plant tolerance through molecular biotechnology.

show abstract

“…Mức độ nhiễm mặn trong đất hiện nay là mối lo ngại cho sản xuất nông nghiệp toàn cầu . Để đáp ứng lại với điều kiện bất lợi, thực vật sẽ hoạt hóa một số cơ chế tự vệ nhằm gia tăng tính chống chịu trước điều kiện bất lợi, trải qua hàng loạt những phản ứng truyền tín hiệu phức tạp, dẫn đến sự kích hoạt của những gen và quá trình đáp ứng cần thiết (Hoang et al, 2014). Quá trình này được điều khiển bởi những yếu tố phiên mã (transcription factors-TFs).…”

Section: Phân Tích Biểu Hiện Genunclassified

Expression analysis of GmNAC085 gene under dehydration and salt treatment in drought-tolerant DT51 and drought-sensitive MTD720 soybean cultivars

Hiếu¹,

Thư²,

Xuan³

et al. 2016

Vietnam J. Biotechnol.

View full text Add to dashboard Cite

Các yếu tố phiên mã NAC là tác nhân điều hòa quan trọng trong phản ứng của thực vật để đáp ứng với hạn hán và mặn, hai yếu tố stress thẩm thấu ảnh hưởng nhiều nhất tới năng suất cây đậu tương. Trong nghiên cứu trước của chúng tôi, GmNAC085 đã được xác định là gen điều hòa tiềm năng liên quan đến tính chịu hạn ở cả mô rễ và chồi của đậu tương. Trong nghiên cứu này, sự biểu hiện của gen GmNAC085 được tiếp tục đánh giá ở giống đậu tương chịu hạn tốt DT51 và chịu hạn kém MTD720 dưới các điều kiện xử lý stress thẩm thấu khác biệt. Cây 12 ngày tuổi được xử lý mất nước và mặn ở 0 giờ, 2 giờ và 10 giờ. Kết quả cho thấy, khi mất nước, sự biểu hiện của gen tăng rất nhiều lần ở cả chồi và rễ, đặc biệt là ở chồi. Cụ thể, đối với giống DT51, gen có biểu hiện tăng 30 lần ở chồi và 5 lần ở rễ tại 2 giờ; tương tự tăng 260 lần ở chồi và 8 lần ở rễ khi xử lý 10 giờ; ở giống MTD720 là 15 lần và 28 lần ở rễ, 499 lần và 494 lần ở chồi lần lượt tại 2 giờ và 10 giờ. Tương tự, khi xử lý mặn lần lượt tại 2 giờ và 10 giờ, GmNAC085 biểu hiện tăng cường ở cả mô chồi và rễ. Gen biểu hiện tăng 35 lần và 656 lần ở chồi, 2 lần và 14 lần ở rễ của DT51 sau xử lý 2 giờ và 10 giờ. Trong khi đó, ở MTD720 là 10 lần và 377 lần ở chồi, 5 lần và 26 lần ở rễ. Kết quả này cho thấy GmNAC085 không chỉ liên quan đến đáp ứng hạn ở cây đậu tương mà còn liên quan đến một số phản ứng đáp ứng tác nhân vô sinh khác. Vì vậy, GmNAC085 là gen tiềm năng cho phương pháp chuyển gen nhằm tăng tính chống chịu ở đậu tương nói riêng và cây nông nghiệp nói chung. Từ khóa: Đậu tương, GmNAC085, hạn hán, mặn, qRT-PCR MỞ ĐẦUĐậu tương (Glycine max) là cây công nghiệp quan trọng ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam (Tran, Nguyen, 2010). Tuy nhiên, ngày nay các yếu tố ngoại cảnh bất lợi đang ngày càng ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất, sản lượng của đậu tương trên toàn thế giới (Thao, Tran, 2012). Đối với đậu tương, stress thẩm thấu bao gồm hạn hán và mặn là những stress vô sinh gây thiệt hại rất lớn. Trong đó, hạn hán ảnh hưởng nghiêm trọng nhất so với các nhân tố vô sinh khác, nó ảnh hưởng xấu đến sinh lý, phát triển của cây và có thể dẫn tới giảm sản lượng hạt đến 40% (Thao, Tran, 2012). Cùng với đó, stress mặn ,cũng là nhân tố chính tác động đến cây trồng bao gồm cả đậu tương, ước tính ảnh hưởng đến khoảng 7% diện tích đất trồng trọt trên toàn thế giới. Mức độ nhiễm mặn trong đất hiện nay là mối lo ngại cho sản xuất nông nghiệp toàn cầu . Để đáp ứng lại với điều kiện bất lợi, thực vật sẽ hoạt hóa một số cơ chế tự vệ nhằm gia tăng tính chống chịu trước điều kiện bất lợi, trải qua hàng loạt những phản ứng truyền tín hiệu phức tạp, dẫn đến sự kích hoạt của những gen và quá trình đáp ứng cần thiết (Hoang et al., 2014). Quá trình này được điều khiển bởi những yếu tố phiên mã (transcription factors-TFs). Nhiều nghiên cứu đã xác định thành công khoảng 4300 yếu tố phiên mã ở đậu tương, chiếm 7% trên tổng số gen (Mochida et al., 2009). Họ yếu tố phiên mã NAC (NAC TFs), một trong những họ lớn nhất, đặc trưng cho một số loài thực vật trong đó có đậu tương, biểu hiện khả năn...

show abstract

Transcription Factors in Abiotic Stress Responses: Their Potentials in Crop Improvement

Cited by 15 publications

References 219 publications

Identification and Molecular Characterization of the Switchgrass AP2/ERF Transcription Factor Superfamily, and Overexpression of PvERF001 for Improvement of Biomass Characteristics for Biofuel

Identification and Molecular Characterization of the Switchgrass AP2/ERF Transcription Factor Superfamily, and Overexpression of PvERF001 for Improvement of Biomass Characteristics for Biofuel

The Soybean GmNAC019 Transcription Factor Mediates Drought Tolerance in Arabidopsis in an Abscisic Acid-Dependent Manner

Expression analysis of GmNAC085 gene under dehydration and salt treatment in drought-tolerant DT51 and drought-sensitive MTD720 soybean cultivars

Contact Info

Product

Resources

About