Die Sojaproduktion in China ist sehr begrenzt. Um den Sojabohnenertrag zu steigern, ist es dringend erforderlich, Sojabohnensorten zu entwickeln, die wachsen und sich an die riesigen Gebiete salzhaltiger, alkalischer und trockener Böden anpassen können.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhang Jinsong vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie (IGDB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) berichtete über die Rollen und Mechanismen eines Transkriptionsregulators GmZF351 bei der Salz- und Trockenstresstoleranz in stabilen transgenen Sojabohnenpflanzen.
Diese Studie mit dem Titel „Zinc-Finger-Protein GmZF351 verbessert sowohl die Salz- als auch die Trockenstresstoleranz bei Sojabohnen“ wurde online in veröffentlicht Zeitschrift für Integrative Pflanzenbiologie.
Zhangs Gruppe entdeckte zuvor, dass das Gen in Sojabohnensamen stark exprimiert wird und die Ölansammlung in sich entwickelnden Samen fördert. Dieses Gen zeigt wenig oder keine Expression im Sämlings- und/oder vegetativen Stadium. Unter Salz- und anderen Belastungen wird das Gen für Stresstoleranz in Sojabohnen jedoch aktiviert.
Sie fanden heraus, dass die Histon-Demethylierung an einem solchen Übergang beteiligt sein könnte. Unter normalen Bedingungen sind die Histone in der Promotorregion des GmZF351-Gens stark methyliert. Bei der Salzbehandlung werden zwei Histon-Demethylase-Gene, JMJ30-1 und JMJ30-2, aktiviert, was zur Entfernung des Histons H3K27me3 am GmZF351-Promotor und damit zur Aktivierung des Gens führt.
Die Forscher analysierten weiter die cis-Elemente, die vom Zinkfingerprotein GmZF351 gebunden werden. Das Element enthält zwei des Motivs CT(G/C)(T/A)AA zur Erkennung. Alle nachgeschalteten Gene, die an der Ölbiosynthese und Stresstoleranz beteiligt sind, haben solche Merkmale in ihren Promotorregionen. GmZF351 aktivierte jedoch verschiedene Gensätze für die Lipidakkumulation in Sojabohnensamen und als Reaktion auf Salz- und Trockenstress.
Für Pflanzen ist es kostspielig und energieintensiv, Stress zu widerstehen und für zukünftige Generationen zu überleben. Daher müssen Stresstoleranz und Ertrags-/Lagerungsakkumulation während des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung vollständig berücksichtigt werden, um den Lebenszyklus zu vervollständigen.
Das neu identifizierte Gen GmZF351 kann sowohl die Ölakkumulation in Samen als auch die Stresstoleranz in Sämlingen fördern und diese beiden wichtigen biologischen Prozesse in verschiedenen Organen und in verschiedenen Entwicklungsstadien ausgleichen.
Das Verständnis der doppelten Funktionen von GmZF351 kann Aufschluss über den Ausgleichsmechanismus einer Kultur für Samenertrag/Lagerung und Überleben während der Domestizierung geben und inspirierende Grundlagen und Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Sojabohnensorten liefern, die für ungünstige salzhaltige Böden und Umgebungen geeignet sind.
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Wei Wei et al, Zinkfingerprotein GmZF351 verbessert sowohl die Salz- als auch die Trockenstresstoleranz bei Sojabohnen, Zeitschrift für Integrative Pflanzenbiologie (2023). DOI: 10.1111/jipb.13474