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ThePlantCell:DAP-seq应用于水稻气孔开度调控机制文章

发布时间:2022-09-06   点击次数:52次

        2022年8月5日,扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室、粮食作物现代产业技术协同创新中心的联合研究成果在线发表在The Plant Cell上,文章题目为“Phytochrome interacting factor regulates stomatal aperture by coordinating red light and abscisic acid"。该期刊的影响因子为12.085。本研究使用DAP-seq技术发现水稻OsPIL15转录因子靶向OsABI5,进一步研究表明,OsPIL15与OsHHO3相互作用促进OsABI5的转录,揭示了PIFs在红光介导的气孔开放中发挥作用的分子机制,证明了PIFs通过协调红光和ABA信号传导来调节气孔运动。

        植物通过气孔运动来响应环境的变化。气孔运动是协调光合作用和蒸腾作用的关键生理过程。蓝光和红光可以影响气孔运动。蓝光受体介导的蓝光对气孔运动的调控机制已被广泛研究,但红光受体光敏色素(phys)介导的气孔运动调控途径尚不清楚。植物光敏色素互作因子(PIF)作为phys的下游蛋白,可以直接与phys相互作用,并作为光反应的负调控因子。PIF和PIF-like(PIL)蛋白参与植物的生长发育,作为细胞信号枢纽协调转录调控网络。然而,PIFs在调节气孔运动的作用机制还不清楚。

        在水稻中,PIF家族基因OsPIL15是否参与了气孔运动的调节?可能的机制是什么?对OsPIL15的过表达与敲除突变体的表型进行分析发现,OsPIL15通过负调控气孔开度来降低叶片的蒸腾速率。进一步研究发现OsPIL15参与ABA诱导的气孔关闭。通过DNA亲和纯化测序(DAP-seq)分析发现OsABI5是OsPIL15的潜在靶基因,并且OsABI5启动子区的PBE-box是OsPIL15的结合位点。双荧光素酶(Dual-Luc)报告实验、电泳迁移测定(EMSA)实验、OsABI5突变体的表型实验进一步验证了DAP-seq的结果。之后,使用酵母双杂交筛选到OsHHO3是OsPIL15的互作蛋白,并且通过双分子荧光互补实验、体外Pull-Down实验证实了OsHHO3与OsPIL15的相互作用。进一步研究发现,OsHHO3通过与OsPIL15互作,促进OsPIL15与OsABI5启动子区域的结合,进而增强OsABI5的转录,调节气孔开度和叶片蒸腾速率。此外,研究还发现玉米中,与水稻OsPIL15同源的ZmPIF1和ZmPIF3也具有调节玉米气孔开度的功能,这表明PIFs介导的气孔开度调控机制在植物中可能是保守的。

图1. OsPIL15负调控水稻的蒸腾作用。


图2. OsABI5 是OsPIL15的直接靶基因。


图3. OsPIL15 的作用机制模式图


本文总结

本研究发现了水稻PIF转录因子OsPIL15与OsHHO3相互作用促进水稻OsABI5的转录。OsPIL15是调控ABA信号转导的关键转录因子,通过与OsABI5启动子的PBE-box基序结合调控气孔开度。此外,与水稻OsPIL15同源的玉米PIF家族基因ZmPIF1和ZmPIF3也负调控玉米的气孔开度,表明PIF介导的气孔开度调控机制在植物中可能是保守的。本研究揭示了PIFs在红光介导的气孔开放中发挥作用的分子机制,并证明了PIFs可以通过协调红光和ABA信号传导来调节气孔开度,同时也为作物抗旱育种研究提供了一条新思路。


蓝景科信河北生物科技有限公司为作者提供了DAP-seq技术支持。

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