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DAP-seq技術在水稻氣孔開度調控機制研究中的應用

瀏覽次數:833 發布日期:2023-5-11  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
2022年8月5日,揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室、糧食作物現代產業技術協同創新中心的聯合研究成果在線發表在知名學術期刊The Plant Cell上,文章題目為“Phytochrome interacting factor regulates stomatal aperture by coordinating red light and abscisic acid”。該期刊的影響因子為12.085。本研究使用DAP-seq技術發現水稻OsPIL15轉錄因子靶向OsABI5,進一步研究表明,OsPIL15與OsHHO3相互作用促進OsABI5的轉錄,揭示了PIFs在紅光介導的氣孔開放中發揮作用的分子機制,證明了PIFs通過協調紅光和ABA信號傳導來調節氣孔運動。

植物通過氣孔運動來響應環境的變化。氣孔運動是協調光合作用和蒸騰作用的關鍵生理過程。藍光和紅光可以影響氣孔運動。藍光受體介導的藍光對氣孔運動的調控機制已被廣泛研究,但紅光受體光敏色素(phys)介導的氣孔運動調控途徑尚不清楚。植物光敏色素互作因子(PIF)作為phys的下游蛋白,可以直接與phys相互作用,并作為光反應的負調控因子。PIF和PIF-like(PIL)蛋白參與植物的生長發育,作為細胞信號樞紐協調轉錄調控網絡。然而,PIFs在調節氣孔運動的作用機制還不清楚。

在水稻中,PIF家族基因OsPIL15是否參與了氣孔運動的調節?可能的機制是什么?對OsPIL15的過表達與敲除突變體的表型進行分析發現,OsPIL15通過負調控氣孔開度來降低葉片的蒸騰速率。進一步研究發現OsPIL15參與ABA誘導的氣孔關閉。通過DNA親和純化測序(DAP-seq)分析發現OsABI5是OsPIL15的潛在靶基因,并且OsABI5啟動子區的PBE-box是OsPIL15的結合位點。雙熒光素酶(Dual-Luc)報告實驗、電泳遷移測定(EMSA)實驗、OsABI5突變體的表型實驗進一步驗證了DAP-seq的結果。之后,使用酵母雙雜交篩選到OsHHO3是OsPIL15的互作蛋白,并且通過雙分子熒光互補實驗、體外Pull-Down實驗證實了OsHHO3與OsPIL15的相互作用。進一步研究發現,OsHHO3通過與OsPIL15互作,促進OsPIL15與OsABI5啟動子區域的結合,進而增強OsABI5的轉錄,調節氣孔開度和葉片蒸騰速率。此外,研究還發現玉米中,與水稻OsPIL15同源的ZmPIF1ZmPIF3也具有調節玉米氣孔開度的功能,這表明PIFs介導的氣孔開度調控機制在植物中可能是保守的。

圖1. OsPIL15負調控水稻的蒸騰作用

 

圖2. OsABI5 是OsPIL15的直接靶基因

 

圖3. OsPIL15 的作用機制模式圖

 

本文總結:

      本研究發現了水稻PIF轉錄因子OsPIL15與OsHHO3相互作用促進水稻OsABI5的轉錄。OsPIL15是調控ABA信號轉導的關鍵轉錄因子,通過與OsABI5啟動子的PBE-box基序結合調控氣孔開度。此外,與水稻OsPIL15同源的玉米PIF家族基因ZmPIF1ZmPIF3也負調控玉米的氣孔開度,表明PIF介導的氣孔開度調控機制在植物中可能是保守的。本研究揭示了PIFs在紅光介導的氣孔開放中發揮作用的分子機制,并證明了PIFs可以通過協調紅光和ABA信號傳導來調節氣孔開度,同時也為作物抗旱育種研究提供了一條新思路。
 


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發布者:藍景科信河北生物科技有限公司
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