DAP-seq技術(shù)在ScAIL1靶向調控DELLA參與GA和JA信號通路的應用
更新時(shí)間：2023-11-15 點(diǎn)擊次數：539次
2022年8月20日，廣西大學(xué)亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室和廣西甘蔗生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室的最新研究成果，在學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany上發(fā)表，文章題目為 “ScAIL1 modulates plant defense responses by targeting DELLA and regulating GA and JA signaling"。該期刊的影響因子為7.298。該研究使用DAP-seq技術(shù)鑒定了甘蔗ScAIL1轉錄因子靶向ScGAI啟動(dòng)子區域的結合基序，進(jìn)一步研究表明，ScAIL1通過(guò)靶向DELLA調控JA合成和GA失活來(lái)平衡植物生長(cháng)和防御反應。
現代甘蔗是一種復雜的多倍體植物。DELLA是GA信號通路的抑制因子，通過(guò)與多種植物激素協(xié)同來(lái)調節植物的生長(cháng)發(fā)育和防御反應。甘蔗ScGAI編碼一種調節莖稈發(fā)育的DELLA蛋白。甘蔗DELLA蛋白由位于chr1B和chr1C上ScGAI基因的兩個(gè)等位基因編碼。然而，ScGAI等位基因的啟動(dòng)子是否相同，以及哪些轉錄因子通過(guò)與ScGAI啟動(dòng)子結合介導ScGAI的轉錄尚不清楚。該研究通過(guò)序列分析發(fā)現ScGAI等位基因在不同染色體上的轉錄受不同啟動(dòng)子序列的調控，基序分析和GUS活性測定進(jìn)一步證明不同的啟動(dòng)子序列，其結合基序和轉錄活性也不同。隨后，采用酵母單雜交技術(shù)篩選到25個(gè)與ScGAI啟動(dòng)子結合的潛在轉錄因子，并鎖定ScAIL1結合蛋白。ScAIL1是一個(gè)核定位的AP2家族轉錄因子。然后，酵母雜交、凝膠遷移率檢測、DAP-seq分析結果表明ScAIL1通過(guò)直接與ScGAI的兩個(gè)啟動(dòng)子結合來(lái)調控ScGAI的轉錄。轉染甘蔗原生質(zhì)體的實(shí)驗表明ScAIL1抑制了ScGAI的轉錄，這與雙熒光素酶活性測定結果一致。進(jìn)一步通過(guò)BiFC，Co-IP和GST Pull Down實(shí)驗證明ScAIL1能夠與自身相互作用，因此ScAIL1可能是以二聚體的形式參與ScGAI轉錄過(guò)程的抑制。多種脅迫處理下，ScAIL1表達上調、GA信號增強、JA信號下降，這表明了ScAIL1調控ScGAI轉錄的潛在功能可能與植物的防御反應有關(guān)。為更好地了解ScAIL1參與植物防御反應的分子機制，研究人員構建了過(guò)表達ScAIL1的水稻。ScAIL1的過(guò)表達顯著(zhù)提高了水稻對細菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，同時(shí)阻礙了生長(cháng)和發(fā)育。此外，在過(guò)表達ScAIL1的水稻中，與應激反應相關(guān)的基因顯著(zhù)上調。內源性植物激素含量和基因表達分析進(jìn)一步表明，ScAIL1過(guò)表達增強了水稻對細菌枯萎病和水稻瘟病的抵抗力，而不是促進(jìn)生長(cháng)，并且這種反應與JA合成和GA失活作用有關(guān)。這些結果為證明ScAIL1在植物防御反應中的作用與JA和GA信號傳導有關(guān)提供了分子證據。
圖1. ScAIL1定位于細胞核，并且直接靶向ScGAI啟動(dòng)子，圖1F為DAP-seq分析鑒定的2個(gè)結合基序
圖2. ScAIL1調控JA合成和GA失活來(lái)平衡植物生長(cháng)和防御反應的分子機制模式圖
綜上所述，該研究表明了甘蔗ScGAI的轉錄受兩個(gè)不同的啟動(dòng)子調控，而ScGAI的轉錄被AP2家族轉錄因子ScAIL1抑制。ScAIL1是植物防御反應的正調控因子，ScAIL1通過(guò)負調控DELLA、增加JA合成和誘導GA失活來(lái)介導植物的防御反應。該研究揭示了ScAIL1通過(guò)調控GA和JA信號通路參與植物防御反應的新機制，也為復雜多倍體作物的基因轉錄調控研究提供了一個(gè)新視角。
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