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DAP-seq在DELLA参与GA和JA信号通路的靶向调控的应用

发布时间:2022-11-08   点击次数:109次

2022年8月20日,广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室和广西甘蔗生物学重点实验室的最新研究成果,在学术期刊Journal of Experimental Botany上发表,文章题目为 “ScAIL1 modulates plant defense responses by targeting DELLA and regulating GA and JA signaling"。该期刊的影响因子为7.298。该研究使用DAP-seq技术鉴定了甘蔗ScAIL1转录因子靶向ScGAI启动子区域的结合基序,进一步研究表明,ScAIL1通过靶向DELLA调控JA合成和GA失活来平衡植物生长和防御反应。

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现代甘蔗是一种复杂的多倍体植物。DELLA是GA信号通路的抑制因子,通过与多种植物激素协同来调节植物的生长发育和防御反应。甘蔗ScGAI编码一种调节茎秆发育的DELLA蛋白。甘蔗DELLA蛋白由位于chr1B和chr1C上ScGAI基因的两个等位基因编码。然而,ScGAI等位基因的启动子是否相同,以及哪些转录因子通过与ScGAI启动子结合介导ScGAI的转录尚不清楚。


该研究通过序列分析发现ScGAI等位基因在不同染色体上的转录受不同启动子序列的调控,基序分析和GUS活性测定进一步证明不同的启动子序列,其结合基序和转录活性也不同。随后,采用酵母单杂交技术筛选到25个与ScGAI启动子结合的潜在转录因子,并锁定ScAIL1结合蛋白。ScAIL1是一个核定位的AP2家族转录因子。然后,酵母杂交、凝胶迁移率检测、DAP-seq分析结果表明ScAIL1通过直接与ScGAI的两个启动子结合来调控ScGAI的转录。转染甘蔗原生质体的实验表明ScAIL1抑制了ScGAI的转录,这与双荧光素酶活性测定结果一致。进一步通过BiFC,Co-IP和GST Pull Down实验证明ScAIL1能够与自身相互作用,因此ScAIL1可能是以二聚体的形式参与ScGAI转录过程的抑制。多种胁迫处理下,ScAIL1表达上调、GA信号增强、JA信号下降,这表明了ScAIL1调控ScGAI转录的潜在功能可能与植物的防御反应有关。为更好地了解ScAIL1参与植物防御反应的分子机制,研究人员构建了过表达ScAIL1的水稻。ScAIL1的过表达显著提高了水稻对细菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力,同时阻碍了生长和发育。此外,在过表达ScAIL1的水稻中,与应激反应相关的基因显著上调。内源性植物激素含量和基因表达分析进一步表明,ScAIL1过表达增强了水稻对细菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力,而不是促进生长,并且这种反应与JA合成和GA失活作用有关。这些结果为证明ScAIL1在植物防御反应中的作用与JA和GA信号传导有关提供了分子证据。


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图1. ScAIL1定位于细胞核,并且直接靶向ScGAI启动子,图1F为DAP-seq分析鉴定的2个结合基序

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图2. ScAIL1调控JA合成和GA失活来平衡植物生长和防御反应的分子机制模式图


综上所述,该研究表明了甘蔗ScGAI的转录受两个不同的启动子调控,而ScGAI的转录被AP2家族转录因子ScAIL1抑制。ScAIL1是植物防御反应的正调控因子,ScAIL1通过负调控DELLA、增加JA合成和诱导GA失活来介导植物的防御反应。该研究揭示了ScAIL1通过调控GA和JA信号通路参与植物防御反应的新机制,也为复杂多倍体作物的基因转录调控研究提供了一个新视角。

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