為了識別干旱響應(yīng)的串聯(lián)復(fù)制基因(TDGs)并闡明小麥干旱適應(yīng)的分子機(jī)制，研究者對遭受干旱脅迫和水分充足對照條件下的小麥植株進(jìn)行了比較轉(zhuǎn)錄組分析。在鑒定的14,784個差異表達(dá)基因(DEGs)中，有1,210個被歸類為TDGs。通過設(shè)定變化倍數(shù)和錯誤發(fā)現(xiàn)率(FDR)校正的閾值，研究者優(yōu)先選擇了10個編碼推定ERF109樣轉(zhuǎn)錄因子的候選基因進(jìn)行深入功能驗證。對“中國春”品種的全基因組序列分析鑒定了10個分布在三個亞基因組上的TaERF109同源基因：染色體1A上有三個TDGs (TraesCS1A02G370400, TraesCS1A02G370600, TraesCS1A02G370700)，染色體1B上有三個 (TraesCS1B02G389700, TraesCS1B02G389800, TraesCS1B02G389900)，染色體1D上有四個 (TraesCS1D02G376500, TraesCS1D02G376600, TraesCS1D02G376700, TraesCS1D02G376800)。它們分別被命名為TaERF109A1–A3、TaERF109B1–B3和TaERF109D1–D4。通過PCR擴(kuò)增失敗以及對“Fielder”品種基因組組裝的BLAST分析，發(fā)現(xiàn)TaERF109B2在“Fielder”品種中缺失。對145個標(biāo)志性品種的公共基因組變異數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查發(fā)現(xiàn)，其中11個品種完全缺失TaERF109B2所在區(qū)域的基因型數(shù)據(jù)，而其他TaERF109同源基因未觀察到這種缺失。這表明TaERF109B2的缺失導(dǎo)致了TaERF109基因的拷貝數(shù)變異，在不同六倍體小麥種質(zhì)中，其拷貝數(shù)從9個到10個不等。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域分析顯示，所有10個TaERF109蛋白都含有一個保守的AP2結(jié)構(gòu)域。同時，啟動子序列分析在其各自啟動子區(qū)域發(fā)現(xiàn)了多樣的脅迫和激素響應(yīng)順式作用元件。為了研究TaERF109s是否對干旱、其他非生物脅迫和植物激素有響應(yīng)，研究者使用針對10個TaERF109s的特異性引物，在“中國春”中進(jìn)行了實時定量PCR分析。TaERF109A1、TaERF109A2、TaERF109B1、TaERF109B2、TaERF109D1、TaERF109D2和TaERF109D3的轉(zhuǎn)錄在干旱處理5分鐘后被強(qiáng)烈誘導(dǎo)，在30分鐘時達(dá)到峰值（誘導(dǎo)水平達(dá)200-500倍），隨后恢復(fù)至基礎(chǔ)水平。這些干旱響應(yīng)的TaERF109s也對細(xì)胞分裂素6-芐氨基嘌呤處理顯示出快速的轉(zhuǎn)錄激活。而TaERF109A2、TaERF109B1和TaERF109B2轉(zhuǎn)錄本在熱脅迫4小時后顯著上調(diào)。TaERF109A2對NaCl處理響應(yīng)迅速，在30分鐘出現(xiàn)瞬時誘導(dǎo)。在生長素、茉莉酸甲酯和脫落酸處理后，表達(dá)變化極小。在正常條件下，TaERF109s在各個組織中表達(dá)水平相對較低，無組織特異性。RNA原位雜交分析進(jìn)一步證實了TaERF109A2在干旱脅迫后，在具有高細(xì)胞增殖活性的組織（包括幼葉、莖尖分生組織、分蘗芽和根分生組織）中的干旱響應(yīng)表達(dá)。

TaERF109在其C端區(qū)域附近含有一個AP2結(jié)構(gòu)域。為了評估其轉(zhuǎn)錄激活潛力，將全長TaERF109A2及其N/C端截短片段與GAL4 DNA結(jié)合域融合，并在酵母菌株Y2HGold中表達(dá)。全長TaERF109A2和含有AP2結(jié)構(gòu)域的C端片段都激活了報告基因的表達(dá)，證實了它們的轉(zhuǎn)錄激活活性。通過在小麥葉肉原生質(zhì)體中瞬時表達(dá)TaERF109A2-GFP融合構(gòu)建體進(jìn)行亞細(xì)胞定位研究，共聚焦顯微鏡顯示TaERF109A2-GFP與細(xì)胞核標(biāo)記物EHD4-mCherry完全共定位，表明TaERF109A2在細(xì)胞核中發(fā)揮作用。這些結(jié)果支持了TaERF109A2是一種核定位蛋白，很可能作為轉(zhuǎn)錄激活因子發(fā)揮作用的觀點。

基因組掃描和系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，大麥中有兩個同源的ERF109基因座，節(jié)節(jié)麥中有四個同源基因座，都以串聯(lián)陣列方式組織。相比之下，在其他單子葉植物物種（包括水稻、玉米、高粱、谷子和二穗短柄草）中只鑒定到單拷貝的ERF109直系同源基因。對十個六倍體小麥TaERF109s的系統(tǒng)發(fā)育分類解析出兩個主要分支。第I組包含七個TaERF109s（TaERF109A1–A2、TaERF109B1–B2、TaERF109D1–D3），第II組包含三個TaERF109s（TaERF109A3、TaERF109B3、TaERF109D4）。通過表達(dá)譜分析鑒定出的所有干旱響應(yīng)成員都聚集在第I組內(nèi)，并進(jìn)一步細(xì)分為小的亞組。為了進(jìn)一步追溯串聯(lián)復(fù)制的TaERF109同源基因的進(jìn)化歷史，研究者利用Triticeae-GeneTribe工具，對包含ERF109同源拷貝的基因組片段進(jìn)行了微共線性分析。在面包小麥和其他11個小麥族物種的基因組中鑒定到了包含2到6個串聯(lián)復(fù)制的ERF109基因的共線性區(qū)塊。相比之下，在二穗短柄草、粳稻、高粱或玉米中未檢測到此類共線性區(qū)塊。這些拷貝數(shù)變異和染色體分布表明，由串聯(lián)復(fù)制事件形成的ERF109基因簇是小麥族譜系特有的。

為了確定TaERF109s的生物學(xué)功能，研究者在春小麥品種“Fielder”中，在泛素啟動子控制下，生成了過表達(dá)干旱響應(yīng)的TaERF109A2和干旱不響應(yīng)的TaERF109D4的轉(zhuǎn)基因小麥株系。分子鑒定確定了9個獨(dú)立的TaERF109A2過表達(dá)株系和2個TaERF109D4過表達(dá)株系，由于這些基因的基礎(chǔ)表達(dá)水平低，與陰性對照植物相比，其誘導(dǎo)倍數(shù)超過1000倍。這兩個基因的組成型表達(dá)對植物結(jié)構(gòu)和生殖發(fā)育均產(chǎn)生了顯著的多效性影響。在苗期，三個純合T₃代TaERF109A2過表達(dá)株系表現(xiàn)出莖和根生長受阻，并伴隨分蘗芽加速生長。在抽穗期，與對照相比，TaERF109A2過表達(dá)株系表現(xiàn)出超過20天的抽穗延遲、分蘗數(shù)顯著增加以及葉片變短變薄。成熟植株表現(xiàn)出匍匐生長的習(xí)性，株高降低，穗子變小，分蘗數(shù)增加超過4倍。同時，TaERF109A2過表達(dá)株系存在嚴(yán)重的生殖缺陷，包括極低的結(jié)實率和受抑制的籽粒灌漿，產(chǎn)生皺縮的籽粒。而過表達(dá)TaERF109D4導(dǎo)致完全不育，沒有產(chǎn)生有活力的種子。

使用淺容器進(jìn)行干旱試驗，以評估獨(dú)立于根系結(jié)構(gòu)的干旱恢復(fù)能力。雖然TaERF109A2過表達(dá)株系和對照植株在脫水條件下都表現(xiàn)出嚴(yán)重萎蔫，但過表達(dá)株系在復(fù)水后恢復(fù)迅速，分蘗和葉片再生增強(qiáng)，并且顯示出比對照植株更高的存活率。生化分析進(jìn)一步揭示，在TaERF109A2過表達(dá)植株中，干旱處理前后脯氨酸含量均顯著增加，而丙二醛、過氧化氫和超氧陰離子含量在干旱處理后顯著降低。為了驗證TaERF109基因家族的脅迫調(diào)控作用，研究者使用兩個靶向TaERF109基因座保守AP2結(jié)構(gòu)域內(nèi)相距23 bp位點的向?qū)�RNA，進(jìn)行了CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因組編輯。經(jīng)過九個TaERF109基因特異性PCR引物的DNA測序，研究者分離出一個純合的Taerf109s九重突變體，該突變體在所有TaERF109同源基因中均存在1–43 bp的缺失。在正常生長條件下，Taerf109s突變體與野生型植株在營養(yǎng)生長和生殖生長方面沒有顯著差異。然而，干旱脅迫加劇了Taerf109s突變體的生長抑制并加速了葉片卷曲。復(fù)水兩周后，野生型植株完全恢復(fù)，而Taerf109s突變體則繼續(xù)萎蔫，鮮重和干重顯著降低。生化分析顯示，與野生型植株相比，遭受干旱脅迫的Taerf109s突變體積累了更高的丙二醛、過氧化氫和超氧陰離子水平，但脯氨酸含量較低。在田間干旱條件下，與野生型相比，Taerf109s突變體分蘗數(shù)略有減少，同時每穗可育小花數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重顯著下降。

為了剖析TaERF109A2介導(dǎo)的形態(tài)變化和干旱恢復(fù)能力的調(diào)控機(jī)制，研究者對對照和TaERF109A2過表達(dá)幼苗的六周齡幼葉進(jìn)行了RNA測序。鑒定出8,942個差異表達(dá)基因，包括4,607個上調(diào)基因和4,335個下調(diào)基因。在最顯著上調(diào)的基因中，有TaMADS56-7D，它是擬南芥中抽穗期調(diào)控因子SOC1的直系同源基因。另外兩個TaMADS56同源基因也上調(diào)。同時，一個MADS18同源基因、一個MADS15同源基因和兩個小麥開花位點T基因被強(qiáng)烈抑制。RT-qPCR驗證證實了RNA-seq結(jié)果，與對照相比，TaERF109A2過表達(dá)植株中TaMADS56-7D和TaMADS56-7A分別誘導(dǎo)了1,195倍和207倍，TaFT1和TaFT2分別被抑制了592倍和145倍。

鑒于SOC1樣基因在協(xié)調(diào)植物類群的營養(yǎng)發(fā)育和開花時間方面具有保守作用，研究者假設(shè)TaMADS56s作為TaERF109A2的下游效應(yīng)因子調(diào)控小麥抽穗期和莖稈結(jié)構(gòu)。為了驗證這一假設(shè)，研究者在“Fielder”中構(gòu)建了過表達(dá)TaMADS56-7D的轉(zhuǎn)基因小麥株系。分子鑒定確定了七個獨(dú)立的TaMADS56-7D過表達(dá)株系，根據(jù)其表達(dá)水平選擇了其中三個進(jìn)行詳細(xì)分析。表型分析顯示了TaMADS56-7D過表達(dá)對發(fā)育過程的劑量依賴性效應(yīng)。在受控長日照和自然長日照條件下，56-OE1延遲抽穗2天和5天，而56-OE2和56-OE4分別延遲8.5/13.7天和7/12天。所有56-OE株系的分蘗數(shù)反應(yīng)更為明顯，分別增加了47.9%–81.9%和44.3%–109.4%。雖然過表達(dá)植株的株高、每穗粒數(shù)和千粒重有所下降，但由于補(bǔ)償性分蘗，56-OE1實現(xiàn)了16.70%的產(chǎn)量增加，而56-OE2和56-OE4盡管分蘗極度增加，但由于嚴(yán)重減少的粒數(shù)和粒重，產(chǎn)量與對照持平。在56-OE株系和對照之間未觀察到根系結(jié)構(gòu)的顯著差異。

由于TaMADS56基因在酵母中未顯示轉(zhuǎn)錄激活活性，研究者提出它們作為轉(zhuǎn)錄抑制因子，負(fù)向調(diào)控小麥中TaMADS18、TaMADS15和TaFT的表達(dá)。為了確定這一點，在發(fā)芽后15天和50天使用RT-qPCR評估了這些基因的轉(zhuǎn)錄水平。在苗期，所有檢測的基因在TaMADS56過表達(dá)植株和對照植株中均呈現(xiàn)低基礎(chǔ)表達(dá)。在生殖轉(zhuǎn)換期，對照植株中檢測基因的表達(dá)水平顯著增加，并顯著高于TaMADS56過表達(dá)植株。這證明了TaMADS56在小麥抽穗調(diào)控中作用于TaMADS15、TaMADS18和兩個TaFT的上游。

在TaMADS56過表達(dá)植株中觀察到的增強(qiáng)的營養(yǎng)生長促使研究者探究TaMADS56是否對干旱脅迫耐受性有積極影響。研究者評估了TaMADS56過表達(dá)植株和對照植株在營養(yǎng)生長期間的干旱耐受性。在停止?jié)菜畠芍芎螅?i>TaMADS56過表達(dá)株系和對照植株出現(xiàn)了相似的干旱癥狀，如葉片卷曲和萎蔫。然而，在復(fù)水兩周后，56-OE2和56-OE4植株從水分脅迫中恢復(fù)得更快，與對照相比表現(xiàn)出顯著更高的鮮重和干重。這些發(fā)現(xiàn)表明，TaERF109s通過TaMADS56介導(dǎo)的途徑調(diào)節(jié)小麥的營養(yǎng)生長和旱后恢復(fù)。

為了闡明TaERF109s調(diào)控根系形態(tài)的分子機(jī)制，研究者對RNA-seq數(shù)據(jù)中的差異表達(dá)基因進(jìn)行了京都基因與基因組百科全書通路分析，以分類和表征其生物學(xué)功能。與玉米素生物合成相關(guān)的差異表達(dá)基因在TaERF109A過表達(dá)植株中顯著上調(diào)。其中，TaIPT8-5B和TaIPT8-5D這兩個編碼CK生物合成限速酶的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因在RNA-seq數(shù)據(jù)中上調(diào)，這一發(fā)現(xiàn)得到了RT-qPCR的驗證。相比之下，TaIPT3和TaIPT6在TaERF109A2過表達(dá)植株中下調(diào)。

為了確定TaERF109A2是否通過結(jié)合其啟動子直接激活TaIPT8s，研究者分析了TaIPT8-5B和TaIPT8-5D上游2 kb的調(diào)控區(qū)域，在每個啟動子中鑒定了兩個GCC-box基序。使用包含這些核心序列的生物素標(biāo)記探針進(jìn)行了電泳遷移率變動分析。結(jié)果顯示，重組的TaERF109A2蛋白引起了標(biāo)記探針的遷移率變動，并且這種結(jié)合可以被過量的未標(biāo)記片段競爭性降低，證實了特異性的體外相互作用。使用TaIPT8-5A、TaIPT8-5B和TaIPT8-5D的啟動子進(jìn)行了瞬時熒光素酶報告基因檢測。與空載體對照相比，與35S: TaERF109A2共表達(dá)顯著增加了由TaIPT8-5B和TaIPT8-5D啟動子驅(qū)動的熒光素酶活性。

異戊烯基腺嘌呤型和反式玉米素型CKs是植物中主要活性CK種類，而糖基化途徑是植物防止CK過度積累的關(guān)鍵機(jī)制。隨著TaIPT8表達(dá)水平在TaERF109A2過表達(dá)植株中增加，iP型和tZ型CKs（包括它們的糖基化形式，反式玉米素9-葡萄糖苷和異戊烯基腺嘌呤9-葡萄糖苷）的水平顯著升高。為了確認(rèn)TaIPT8-5B和TaIPT8-5D是TaERF109的下游靶標(biāo)，研究者構(gòu)建了TaIPT8-5A/5B/5D三重突變體植株，并將其與TaERF109A2過表達(dá)株系雜交，將Ubi-TaERF109A2轉(zhuǎn)基因引入突變體背景。盡管A2-OE幼苗由于增強(qiáng)的CK生物合成表現(xiàn)出根和莖短的表型，但TaIPT8突變體與A2-OE雜交的后代表現(xiàn)出與TaIPT8突變體相似的恢復(fù)的長根形態(tài)。這種遺傳互補(bǔ)表明，TaERF109介導(dǎo)的根長調(diào)控主要通過TaIPT8依賴的CK生物合成發(fā)生。

為了識別TaERF109A2過表達(dá)植株干旱響應(yīng)背后的分子決定因素和代謝通路，研究者進(jìn)行了基因本體富集分析，觀察到與NA生物合成過程、NAS酶活性、血紅素結(jié)合和鐵離子結(jié)合相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本顯著上調(diào)。其中，20個編碼NAS（催化NA生物合成的關(guān)鍵酶）的差異表達(dá)基因在TaERF109A2過表達(dá)株系中上調(diào)。作為一種非常規(guī)氨基酸，NA與鐵（II）和其他二價過渡金屬離子形成復(fù)合物。其過度積累與細(xì)胞內(nèi)金屬離子濃度升高有關(guān)。與此一致，對轉(zhuǎn)基因幼苗中NA和金屬離子含量的測定顯示，TaERF109A2過表達(dá)植株中的NA、鐵、鋅、銅和錳含量顯著高于對照植株。最近一項關(guān)于擬南芥的研究表明，AtERF109通過調(diào)控鐵響應(yīng)基因（包括NAS4）來調(diào)節(jié)鐵穩(wěn)態(tài)，這暗示了其小麥同源基因具有類似功能。為了研究小麥中增加的NA生物合成是否能緩解鐵毒性，研究者將TaERF109A2過表達(dá)幼苗和對照幼苗置于含有0、20、500和1,000 μM FeEDTA的水培培養(yǎng)基中。在正常鐵條件下，TaERF109A2過表達(dá)幼苗比對照表現(xiàn)出更少的不定根以及更短的主根和莖。然而，當(dāng)暴露于高濃度FeEDTA時，對照幼苗表現(xiàn)出更明顯的莖和根生長抑制。值得注意的是，TaERF109A2過表達(dá)植株在鐵脅迫下保持了與對照相當(dāng)?shù)母�系結(jié)構(gòu)（長度和不定根數(shù)量），而其莖長甚至長于對照。

先前的研究表明，NAS介導(dǎo)的NA積累顯著增強(qiáng)了水稻的干旱耐受性。為了闡明NAS基因在小麥應(yīng)對鐵毒性和干旱脅迫反應(yīng)中的功能，研究者構(gòu)建了過表達(dá)TaNAS6B（在TaERF109A2過表達(dá)植株中上調(diào)程度最高的NAS基因）的小麥株系。使用20、500和1,000 μM FeEDTA的水培試驗表明，TaNAS6B過表達(dá)株系在高鐵條件下的根長與對照相似，但莖顯著更長。隨后，研究者選擇了兩個表達(dá)水平相對較高的TaNAS6B過表達(dá)株系進(jìn)行干旱脅迫實驗。結(jié)果證實，TaNAS6B過表達(dá)株系在正常條件下與對照植株相當(dāng)，但對干旱脅迫表現(xiàn)出更強(qiáng)的耐受性，其特征是葉片卷曲和萎蔫顯著減少，復(fù)水后鮮重和干重更高。這些結(jié)果表明，TaERF109A2通過介導(dǎo)NAS催化的NA積累，賦予了對鐵毒性和干旱脅迫的增強(qiáng)耐受性。

串聯(lián)復(fù)制基因通常編碼參與非生物和生物脅迫響應(yīng)的蛋白質(zhì)，在植物進(jìn)化和適應(yīng)環(huán)境變化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在多樣化的植物類群中，ERF109同源基因?qū)χ参锛に睾头巧�物脅迫響應(yīng)迅速上調(diào)，在干旱、鹽和冷耐受通路中發(fā)揮作用。研究者在六倍體小麥中鑒定出10個TaERF109同源基因，其中7個被干旱和細(xì)胞分裂素處理顯著誘導(dǎo)。功能分析表明，TaERF109A2過表達(dá)提高了旱后恢復(fù)率和干旱耐受性，而Taerf109s突變體在干旱條件下生長受阻且籽粒產(chǎn)量降低。這證實了TaERF109是小麥干旱耐受性和恢復(fù)力的正向調(diào)控因子。基因家族的串聯(lián)復(fù)制事件在不同物種中普遍存在，并且功能往往保守。只有約10%的哺乳動物串聯(lián)陣列是物種特異性的，而在非哺乳動物中這一比例超過20%。這種譜系特異性復(fù)制通常驅(qū)動適應(yīng)性性狀的進(jìn)化，使物種能夠在特定生態(tài)環(huán)境中茁壯成長。六倍體小麥的基因組由三個亞基因組組成，每個都源自不同的二倍體祖先物種。在這些二倍體祖先中，ERF109基因以2-4個串聯(lián)重復(fù)形式存在，最終導(dǎo)致不同六倍體小麥種質(zhì)中有9-10個拷貝。對公共可用基因組的系統(tǒng)發(fā)育和微共線性分析表明，ERF109串聯(lián)復(fù)制事件僅發(fā)生在小麥族中。ERF109串聯(lián)拷貝在小麥族作物中的進(jìn)化保留可能通過功能分化或劑量效應(yīng)，促進(jìn)了它們對反復(fù)非生物脅迫的增強(qiáng)耐受性。

TaMADS56-7D的表達(dá)在TaERF109A2過表達(dá)植株中上調(diào)超過1,195倍。TaMADS56-7D過表達(dá)株系再現(xiàn)了TaERF109A2過表達(dá)植株的關(guān)鍵表型，包括延遲開花、增加分蘗數(shù)和改善干旱恢復(fù)。這表明TaMADS56在抽穗期和分蘗調(diào)控中作為遺傳下游效應(yīng)因子發(fā)揮作用。在TaMADS56上游2.5 kb基因組區(qū)域未鑒定到GCC-box順式作用元件。考慮到TaMADS56基因含有可能包含增強(qiáng)子元件或用于空間調(diào)控的替代啟動子的大內(nèi)含子，TaMADS56是否是TaERF109A2的直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)需要進(jìn)一步驗證。此外，在TaERF109A2過表達(dá)的RNA-seq數(shù)據(jù)中鑒定出14個含有GCC-box的上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子，這表明TaERF109同源基因可能通過啟動TaERF109依賴的轉(zhuǎn)錄級聯(lián)反應(yīng)，間接調(diào)節(jié)TaMADS56基因表達(dá)。

TaMADS56蛋白是擬南芥SOC1的同源蛋白。調(diào)控花發(fā)育和開花時間的SOC1樣基因已在許多植物類群中得到廣泛研究。然而，這些基因均未涉及分蘗或分枝數(shù)量的控制。一些AP1/FUL樣MADS-box基因不僅在開花時間和花器官調(diào)控中起關(guān)鍵作用，還在水稻分蘗協(xié)調(diào)中發(fā)揮重要作用。過表達(dá)OsMADS14、OsMADS15和OsMADS18的轉(zhuǎn)基因水稻開花早，抑制了腋芽生長，減少了分蘗數(shù)，而OsMADS18敲除突變體比野生型產(chǎn)生更多分蘗。在本研究中，TaMADS56過表達(dá)株系在苗期表現(xiàn)出加速的分蘗。然而，在對照和TaMADS56過表達(dá)株系中，TaMADS18和TaMADS15的表達(dá)水平在此階段均受到顯著抑制。TaMADS15和TaMADS18可能僅參與TaMADS56介導(dǎo)的抽穗期調(diào)控。同時，TaMADS56調(diào)控小麥分蘗的分子機(jī)制需要進(jìn)一步驗證。

水培實驗表明，TaMADS56過表達(dá)植株的根長未受影響，這表明增加的TaMADS56表達(dá)無法解釋在TaERF109A2過表達(dá)株系中觀察到的根生長抑制。植物激素是根生長的主要內(nèi)源調(diào)節(jié)因子。在擬南芥中，AtERF109在側(cè)根形成過程中介導(dǎo)茉莉酸和生長素之間的串?dāng)_。而在水稻中，OsERF109負(fù)向影響乙烯生物合成和干旱耐受性。在小麥中，CK響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子TaERF109A2直接結(jié)合TaIPT8B和TaIPT8D啟動子中的GCC-box基序，從而快速調(diào)節(jié)CK生物合成。TaIPT8表達(dá)在干旱處理0.5-1小時內(nèi)達(dá)到峰值，然后恢復(fù)至基礎(chǔ)水平，這與TaERF109A2誘導(dǎo)的動力學(xué)模式一致。TaERF109A2過表達(dá)植株的根伸長被完全抑制，并且在TaIPT8敲除背景下，TaERF109A2過表達(dá)植株的短根表型在很大程度上得到恢復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)表明，TaERF109A2在干旱脅迫早期階段作用于TaIPT8上游來調(diào)節(jié)CK生物合成，從而解耦了TaMADS56介導(dǎo)的分蘗通路與根系生長的調(diào)控作用。

RNA-seq分析鑒定出20個在TaERF109A2過表達(dá)植株中上調(diào)的NAS基因。作為NA生物合成的關(guān)鍵酶，NAS蛋白催化這種非常規(guī)氨基酸的產(chǎn)生，其作為二價金屬離子的內(nèi)源性螯合劑，有助于維持植物細(xì)胞內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)。NA對Fe²⁺的螯合降低了其氧化反應(yīng)性，減輕了Fe²⁺誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性。與之前在擬南芥、水稻和小麥中的報告一致，NAS表達(dá)在干旱條件下上調(diào)。在水稻中，OsNAC6介導(dǎo)的NAS上調(diào)增加了NA生物合成，促進(jìn)過量Fe²⁺的螯合并抑制羥基自由基的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)抗旱性。類似地，TaERF109A2過表達(dá)植株中NAS表達(dá)升高與NA含量增加相關(guān)，而這與小麥對高鐵濃度和干旱脅迫的耐受性提高相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，TaERF109A2可能通過快速上調(diào)NAS依賴的NA積累來減輕小麥的干旱誘導(dǎo)氧化脅迫，從而在水分有限條件下緩沖金屬離子毒性并維持氧化還原平衡。

串聯(lián)復(fù)制的TaERF109基因家族成員作為分子開關(guān)，通過整合激素信號和代謝物生物合成來協(xié)調(diào)小麥的脅迫響應(yīng)和發(fā)育程序，以平衡生長和脅迫恢復(fù)力。這些發(fā)現(xiàn)深化了我們對多倍體作物中