DAP-seq应用于褪黑素促进种子萌发的分子机制研究

2022年8月，安徽农业大学、中国水稻研究所和上海市农业科学院作物育种栽培研究所在The Plant Journal（IF=5.726）期刊联合发表了题为“OsSGT1 promotes melatonin-ameliorated seed tolerance to chromium stress by affecting the OsABI5-OsAPX1 transcriptional module in rice"的文章，揭示了OsSGT1和ABI5相互作用，调控OsAPX1的表达，促进褪黑素改善种子在铬污染条件下萌发的分子机制。其中蓝景科信河北生物科技有限公司提供了DAP-seq的技术支持。

随着人类活动的加剧，重金属污染日益成为威胁人类健康、生态安全的全球性问题。其中，铬污染已成为世界范围内的环境问题。铬抑制种子萌发、光合作用和矿质的吸收。种子萌发在后续幼苗形态建成中起着关键作用，由于其固着的生活方式，更容易受到不利环境的影响。已有研究表明褪黑素（Mel）可以缓解铬胁迫，促进植物生长发育。但Mel缓解Cr毒性的机制，并不清楚。

该研究发现Mel在水稻种子萌发过程中显著缓解了Cr胁迫，并且在OsSGT1过表达材料中观察到萌发性能有显著改善，而OsSGT1和/或OsABI5的突变显著消除了Mel介导的对Cr胁迫的缓解作用。互补实验表明，恢复OsSGT1的表达并不能弥补sgt1-1abi5突变体中Mel介导的Cr胁迫下微弱的萌发表现，但恢复OsSGT1驱动下的OsABI5的表达，sgt1-1abi5突变体中Mel介导的种子萌发和OsAPX1的表达显著恢复。通过DAP-seq实验，找到了OsABI5直接调控的OsAPX1基因，其编码产物促进H2O2清除以维持氧化还原稳态，这对种子萌发至关重要。

图1. 褪黑素对OsAPX1表达的影响

(a) WT、sgtl、sgtl-labi5和abi5材料在铬(Cr)胁迫7天后OsAPX1的表达情况。(b) WTempty、OEl、OE2、OE3、sgtl-labi5-ICOMAS、sgtl-labi5-2COMAS、sgtl-labi5-1COMSA和sgtl-labi52COMSA在Cr胁迫7天后OsAPX1的表达情况。 (c) DAP-seq分析OsABI5结合到OsAPX1的peak分布图。(d) EMSA验证OsABI5与OsAPX1启动子有相互作用。 (e) OsAPX1启动子区域的ChIP-qPCR分析。(f) 酵母单杂交(Y1H)检测OsABI5与OsAPX1启动子区域的结合。

本文总结

本研究表明OsSGT1协调OsABI5靶向OsAPX1，介导褪黑素缓解Cr胁迫对种子萌发的影响，这为Mel在生产中的应用提供了指导。